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关键词： 防弹衣   复合靶标   冲击响应   皮肤损伤   力学特性  

摘要： 当前，通常采用复合靶标进行武器致伤机理和杀伤效能以及防弹衣防护性能评估。皮肤虽然不是影响高速投射物杀伤效应的主要因素，但是皮肤对中低速投射物的阻滞作用却较为明显;UHMWPE纤维复合材料由于其优异的力学性能，在防护领域中获得了广泛应用。因此，本文通过力学试验、弹道冲击试验和理论研究，结合有限元分析方法，开展了复合靶标中皮肤和UHMWPE纤维复合材料的力学特性及冲击响应研究。主要研究内容如下：　　（1）皮肤本构模型及冲击响应研究。采用Maxwell模型作为松弛单元、三参数固体模型作为蠕变单元，建立皮肤粘弹性部分模型，采用 Ogden 模型作为皮肤超弹性部分构建皮肤本构模型，引入关于应变率的函数，使皮肤本构模型可以描述在宽应变率范围内的皮肤力学特性。使用迭代参数估计方法对皮肤本构模型参数进行拟合，并与试验获取的应力应变曲线进行对比分析;对猪腹部的离体皮肤进行非穿透情况下的数值仿真分析，研究了典型时刻下铅球侵彻皮肤的过程以及不同初始速度下铅球的侵彻深度和损伤形态。　　（2）UHMWPE纤维复合材料力学特性研究。基于设计的冲压式剪切夹具，进行了UHMWPE纤维UD布的基础力学试验，研究了UHMWPE纤维UD布的拉伸、面内剪切、冲压式剪切力学性能以及不同加载工况下的损伤形态;定量分析了UHMWPE纤维UD布不同厚度及不同规格等因素对力学性能的影响，为后续防护靶板的设计和复合靶标有限元模型的建立提供了参考依据。　　（3）UHMWPE 纤维复合材料靶板冲击响应研究。拟定了单一 UD 布靶板和铺层芳纶-UD 布混质靶板的结构设计方案，并进行了 UHMWPE 纤维 UD 布靶板和铺层芳纶靶板的制备。采用7.62mm铅芯弹对UHMWPE纤维UD布靶板和铺层芳纶-UD布混质靶板进行弹道冲击试验，分析了靶板的损伤形态、剩余速度和吸能机理。根据UD布材料结构特点建立适用于仿真分析的有限元模型，通过对比数值分析和试验结果，验证了铅芯弹侵彻UD布靶板数值模型的准确性，为复合靶标的仿真分析奠定基础。　　（4）铅芯弹侵彻复合靶标数值分析。建立单一UD布靶板有限元模型，研究靶板层数和铅芯弹入射速度对靶板弹道冲击响应的影响。建立 UD 布-皮肤复合靶标有限元模型，采用控制变量法改变靶板厚度和铅芯弹的入射速度、入射角度等因素，研究UD布-皮肤复合靶标中UD布钝击效应对皮肤损伤情况的影响规律，分析复合靶标中皮肤和UD布的冲击响应特性。在此基础之上，建立UD布-皮肤-明胶有限元模型，研究铅芯弹的攻角、入射速度等因素下复合靶标的冲击响应特性和损伤形态。　　本文探究复合靶标中皮肤和UHMWPE纤维复合材料力学特性及冲击响应，为武器致伤机理和杀伤效能评估以及防弹衣防护性能评估提供新的思路，也为防护材料及防护组合结构的发展提供新的依据。

关键词： 思维导图   互联网   材料力学   混合教学模式  

摘要： 尝试探索基于互联网+思维导图的材料力学混合教学模式，打破传统教学模式的固有模式，借助数字化信息技术，师生共同编辑电子版思维导图，在无法线下见面的情况下，也不影响课程内容的高效互动。作者通过2022年春季学期材料力学混合教学模式的探索与实践，得出结论：基于学生自己做的思维导图，及时进行网上反馈，可以打破时间和空间的限制，是提高教学效果的一条有效途径。

关键词： 石墨烯   双马来酰亚胺   拉伸模量   热导率   分子动力学  

摘要： 双马来酰亚胺(BMI)树脂具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等良好特性,现已广泛应用于航空航天、机械电子等领域。然而纯BMI树脂韧性差、热导率低,这些缺点限制了BMI树脂材料在韧性、散热条件要求较高工况下的应用。随着近些年复合材料的飞速发展,研究人员发现在树脂基体材料中掺杂高性能纳米颗粒可大幅提高材料性能。在陶瓷、金属、纳米碳等众多高性能纳米填料中,石墨烯由于其独特的二维结构、优异的物理性能,引起了研究人员的广泛关注。理论上,由于石墨烯材料优异的力学及热学性能,掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料整体力学、热学性能可获得大幅提升。然而实验结果表明,石墨烯材料自身结构的缺陷及石墨烯在基体材料中的团聚现象会导致复合材料的性能不如预期,理解相关问题机理并发挥石墨烯的性能优势为推动先进复合材料的发展具有重要的指导意义。本文基于分子动力学方法对石墨烯增强BMI树脂复合材料力学及热学性能进行深入研究,并分析了石墨烯结构缺陷对BMI树脂复合材料力学及热学性能的影响。具体工作与研究结果如下: 首先,通过Materials Studio(MS)软件建立了不同缺陷浓度的石墨烯模型,使用LAMMPS软件计算了石墨烯的力学及热学性质,并分析了不同缺陷浓度对石墨烯力学及热学性质的影响规律。结果表明,通过分子动力学模拟计算得到的石墨烯的拉伸模量、断裂强度、断裂应变、热导率均与相关实验或文献中结果一致,证明了分子动力学模拟方法的准确性。同时研究发现,当石墨烯结构中引入缺陷时,即使是在缺陷浓度较低的情况下,石墨烯力学及热学性能均会显著降低,并且随着缺陷浓度的增加,拉伸模量、断裂强度、断裂应变、热导率均会进一步降低。 其次,通过MS软件建立了BMI树脂材料模型,对其力学及热学性能进行了研究,并在此基础上建立了掺杂石墨烯的BMI树脂模型,分析了石墨烯对BMI树脂力学及热学性能的影响。研究结果表明,分子动力学模拟得到的BMI树脂材料的拉伸模量、热导率与相关实验或模拟中得到的结果基本一致,证明了本文中计算模型及计算方法的正确性。掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料拉伸模量与热导率相较原材料均有提升,拉伸模量提升约40%,热导率提升约35%。 最后,通过调节BMI树脂复合材料模型中石墨烯的缺陷浓度来分析石墨烯缺陷浓度对BMI树脂复合材料整体力学及热学性能的影响。结果表明,当石墨烯缺陷浓度较低时,石墨烯结构缺陷对于BMI树脂复合材料的拉伸模量及热导率影响较小。当缺陷浓度达到6%时,BMI树脂复合材料拉伸模量下降约8%,热导率下降约7.5%。 综上所述,本文基于分子动力学模拟方法,从石墨烯及BMI树脂材料力学、热学性能出发,探究了掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料中石墨烯对于BMI树脂复合材料整体的增强作用,并揭示了石墨烯结构缺陷浓度对BMI树脂复合材料整体力学及热学性能的影响规律,为BMI树脂复合材料性能的调控及新型石墨烯增强BMI树脂复合材料的设计与制备提供了重要的参考。

关键词： 负泊松比   超材料   水泥基材料   3D打印   数值模拟  

摘要： 工业化的快速推进,混凝土等结构工程材料需求量日益剧增,同时混凝土的服役环境也随着开发深入而更加复杂。高速铁路、海底隧道、离岸工程、深空极地等工程都对混凝土材料性能提出了更高的要求。传统混凝土材料存在极限应变小、脆性大、吸能差等诸多问题,难以满足工程结构对变形和吸能等方面性能需求。近年来,超材料因具有超越自然界常规材料的特殊性能而备受研究者关注。负泊松比材料作为其中一种力学超材料,表现为在受到单轴拉伸时发生侧向膨胀,因此其在抗剪强度、抗压痕强度、扛断裂能力、吸能性能以及密度等方面更具优势。为提高水泥基材料的力学性能、抗断裂性能和吸能性能,本文将负泊松比超材料特性引入水泥基材料中,通过“材料设计”与“3D打印”的交叉融合,提出了负泊松比混凝土超材料构筑方法,设计制备了一种可以胞元之间可以平面镶嵌的三维负泊松比结构,探究了负泊松比三维骨架结构与水泥基材料的复合方式及其对水泥基复合超材料的性能影响,研究结果如下: (1)通过优化结构拓扑设计将二维的内凹蜂窝结构拓展至三维结构,并研究和优化了对应的光固化3D打印制备负泊松比超材料的制备工艺和制备参数,研究确定了3D打印的固化灯光波长在395～405 nm之间,基板曝光时间180 s、基板打印层数3层、基础曝光时间18 s。对所设计的三维负泊松比骨架结构的有限元模拟表明,内凹角度为-30°时,结构表现出明显的负泊松比效应,泊松比为-1.4。 (2)内凹角度对三维负泊松比骨架结构的泊松比其决定性作用,结构的泊松比随着内凹角度从-30°到30°大而增大,胞元尺寸也是影响结构泊松比的重要因素,在相同内凹角度下,随着胞元尺寸的减小,泊松比的绝对值也呈减小趋势,综合评估结构的负泊松比效果和力学性能,发现在内凹角度为-30°时,三维骨架在具有负泊松比的同时兼具最大的极限应变和较高的抗压强度。明晰了骨架结构中倾斜杆的弯曲是结构变形和产生负泊松比性质的主要机制。 (3)提出了以三维负泊松比结构增强水泥基材料制备方法,探明了三维骨架内凹角度、胞元大小对水泥基复合材料的力学性能的影响规律及机制,含负泊松比内凹结构的泡沫混凝土复合材料抗压强度(7.5 MPa)相较纯泡沫混凝土抗压强度(5.4 MPa)提高了39%,相较纯负泊松比内凹结构抗压强度(1.9 MPa)提高了约3倍。负泊松比内凹结构增强泡沫混凝土的极限抗拉强度为0.7 MPa,而纯泡沫混凝土的抗拉强度为0.1 MPa,提升了7倍。此外,改变了泡沫混凝土受拉状态下的破坏模式,有脆性断裂转变为多缝开裂的延性破坏模式。通过实验捕捉了负泊松比三维骨架混凝土受压下的应力、应变发展规律,提出了负泊松比内凹结构使混凝土受压应变再分布的作用机制,实现了混凝土泊松比大幅降低。

关键词： 2.5D机织复合材料   深度学习   图像处理算法   参数化建模   强度模型  

摘要： 由于现代工业对材料性能的需求日益复杂,2.5D机织复合材料逐渐走进了人们视野。2.5D机织复合材料具有特殊的层间角联锁结构,在抗冲击、分层和剪切载荷方面表现出比传统层合复合材料更高的力学性能。此外,与传统的3D机织复合材料相比,2.5D机织复合材料的制造工艺相对更简单,制造成本更低。2.5D机织复合材料具有很强的可设计性,通过设计机织参数,如纤维体积含量、经纱和纬纱密度、织物层数、纬纱和纬纱数等,可以最大程度地满足结构和力学要求。鉴于上述显著优势,2.5D机织复合材料已成为航空发动机叶片的理想材料。针对2.5D机织复合材料难以快速建立趋真化代表性体积单元(RVE)的问题,本文提出了一种通用的参数化建模方法,并依此开展了材料在单轴拉压载荷下的力学行为和失效机理研究。主要工作与结论如下: (1)提出了一种基于计算机视觉的2.5D机织复合材料几何特征参数提取方法。考虑到材料XCT图像中各组分灰度差异不明显的特点,同时保持图像始终的高分辨率,构建了基于OCRNet+HRNet的深度学习语义分割模型。通过对该网络的训练,实现了对XCT图像中各纱线截面的精准分割,并开展了数据增强与迭代次数设置对分割精度影响的研究,研究结果表明:纱线截面分割的全局精度达到了86.69%,通过适当提高迭代次数,分割精度明显提高并趋于稳定。从实际应用出发,研究了不同原始图像比例的数据集对分割精度的影响,研究发现:原始图像比例越高则分割精度也越高,当原始图像比例大于50%时,精度提高不明显。建立了基于Open CV图像处理算法的几何特征参数提取流程,对神经网络分割后的纱线灰度图像依次进行了二值化、中值滤波、轮廓提取和轮廓拟合的操作,实现了对纱线截面高度、宽度、面积、重心位置和偏转角的提取。 (2)提出并建立了一种四枚衬经斜纹2.5D机织复合材料的参数化体素全胞模型(VFM)和刚度模型。基于XCT图像,对材料细观几何关系做出假设,提出了一种易于推导与描述的纱线路径和截面参数化表征方法。基于参数化建模软件Texgen,建立了VFM,通过与实际结构参数对比,初步验证了体素全胞模型的有效性;通过为该模型施加全胞的周期性边界条件,建立了四枚衬经斜纹2.5D机织复合材料的刚度模型,各工况下刚度性能预测误差均在7%以内,验证了刚度模型具有可靠的预测精度。同时,开展了网格尺寸敏感性分析,证明0.01mm的网格尺寸是符合工程需求的。 (3)提出并建立了考虑多失效模式叠加的四枚衬经斜纹2.5D机织复合材料结构的强度预测模型。通过提取刚度模型计算结果中各单元的应力与应变,引入考虑温度效应的三维Hashin失效准则和von-Mises准则分别作为纱线纤维束和基体树脂的损伤判据,同时给出了各组分的刚度退化方案和最终失效判据,建立了温度条件下考虑多重失效模式叠加的强度预测模型。预测结果与实验数据的对比表明:三种温度条件下四种工况中该强度预测模型的最大误差为7.12%,最小误差为1.63%,平均误差为4.68%。

关键词： Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料   B2-NiAl   AlN   显微组织   力学性能   抗氧化性能  

摘要： 特种装甲装备及汽车的轻量化对整车的燃油转换效率、安全及环保方面十分重要。Fe-Cr-Ni-Al系合金,尤其20Cr Mo钢,抗氧化性能及耐蚀性十分优异,在装甲装备甲板、火炮及汽车领域具有良好的应用前景。为了实现材料的轻量化同时满足良好的力学性能,本课题引入密度较小的微纳米增强相,通过不同的制备方法制备复合材料并进行性能改善。首先采用机械合金化制备Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo基体合金粉,B2-NiAl粉,通过热压烧结法制备x NiAl/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo（x=0,10,20,30 wt.%）复合材料、y AlN/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo（y=0,2,4,6,8 wt.%）复合材料、NiAl/Fe及AlN/Fe预制块,研究不同NiAl,AlN含量对Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料组织,力学性能及600℃抗氧化性能的影响,优化NiAl,AlN含量,通过真空电弧熔炼法对优化后的成分体系进行制备,并对其进行900℃,1000℃,1100℃轧制处理,对材料的显微组织,力学性能及600℃抗氧化性能进行研究。主要结论如下:热压烧结制备的x NiAl/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料及y AlN/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料均表现为奥氏体基双相钢;二者密度均随第二相含量的增加而减小;导热系数均随增强相及温度的升高而增大,尤其30 wt.%NiAl与8 wt.%AlN材料室温导热系数较基体材料分别提高了67.59%与25.22%,600℃导热系数分别提高了40.38%%与30.14%;材料抗拉强度和断后伸长率均随增强相含量的增加呈先增后减趋势,20 wt.%NiAl材料抗拉强度和断后伸长率分别提高了106.76%和53.40%,2 wt.%AlN材料分别提高了105.45%和36.52%;当NiAl含量为30 wt.%,AlN含量为8 wt.%时第二相的加入大幅改善了材料的抗氧化性能,氧化速率分别为0.0297 g?m-2?h-1和0.0308 g?m-2?h-1,较基体材料分别降低了55.67%和54.03%,归因于试样表面致密Al2O3和Cr2O3阻碍氧原子进一步内扩散。综合性能比较可知,NiAl相较AlN对材料的性能改善更为显著。真空电弧熔炼制备的Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料（基体）,20 wt.%NiAl/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料与2 wt.%AlN/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料热轧前后物相均未发生改变,仍为铁素体相、B2-NiAl相及AlN相;热轧后材料整体性能较铸态大幅改善,尤其是力学性能,基体材料1000℃热轧后抗拉强度较铸态材料提高了26.05%;20 wt.%NiAl材料900℃热轧后抗拉强度与断后伸长率较铸态材料分别提高了117.32%和156.91%,2 wt.%AlN材料1000℃热轧后抗拉强度与断后伸长率分别提高了295.47%和180.32%,归因于热轧产生的交滑移和攀移及合金晶粒细化的共同作用;综合性能对比可知三种材料的最优热轧温度分别为1000℃、900℃和1000℃。热压烧结制备的（20%wt.%NiAl,2%wt.%AlN）/Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料物相由铁素体相,B2结构NiAl,AlN组成;密度为6.42 g/cm3;室温及600℃导热系数分别升至15.76W/（m?k）和22.37 W/（m?k）,较Fe-20Cr-15Ni-6Al-2Mo材料（基体）分别提高了56.19%,36.24%,较20 wt.%NiAl材料分别提高了7.58%,6.78%,较2 wt.%AlN材料分别提高了29.93%,12.24%,归因于B2-NiAl与AlN自身较高的导热系数;硬度升至55.84 HRC,较基体材料提高了10.55%,较20 wt.%NiAl材料提高了4.67%,较2wt.%AlN材料提高了7.97%,归因于较高硬度的第二相在材料起支撑作用;其600℃氧化速率为0.028 g?m-2?h-1,较基体材料降低了58.21%,较20wt.%NiAl材料降低了25.53%,较2wt.%AlN材料降低了29.82%,归因于第二相的加入使材料的晶界增多,加速了致密Al2O3和Cr2O3的形成,阻碍氧原子进一步内扩散。

关键词： 氧化石墨烯   水化硅酸钙   分子动力学   力学性能   微观结构   高温  

摘要： 随着现代建筑业的发展,传统水泥基材料的性能越来越不能满足建筑需求,为了提高水泥基材料的力学性能,众多研究表明将墨烯纳米片(Graphene nanosheet,GN)/氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)加入水泥基材料是一种可行方法,但运用试验研究其增强机理成本巨大且很难观察到分子级别的现象。部分学者使用分子动力学方法来解决难题,由于水泥主要水化产物水化硅酸钙(C-S-H)的原子模型较多,模拟使用力场的不同,研究结果存在差异性,因而需要进行更深入的研究。本文采用分子动力学方法研究了GN/GO增强C-S-H力学性能的机理,包括对复合材料抗拉强度与杨氏模量变化的研究,并分析了高温对复合材料力学性能的影响及原因。本文的主要研究内容如下:(1)建立C-S-H、GN与GO的原子模型并验证。根据相关研究建立了真实的C-S-H原子模型以及GN、GO的原子模型,使用ReaxFF力场对各个模型进行拉伸模拟,并与之前的研究结果做对比。结果表明:所建立的模型与ReaxFF力场能较为准确的反映各材料的力学特性。(2)分析GN/GO增强C-S-H力学性能的机理。将GN/GO放入C-S-H基体中并使用ReaxFF力场研究复合材料的结构与力学性能。结果表明:1)GN与C-S-H的结合不良,因此对C-S-H抗拉强度、杨氏模量的提升作用不明显。2)GO通过表面的官能团能够与C-S-H构成氢键网络,形成相关化学键的连接,从而可以更好的提高C-S-H的抗拉应力与刚度。3)GN/GO能够改善C-S-H拉伸过程中的微裂缝发展。(3)研究高温对C-S-H,GN/C-S-H与GO/C-S-H力学性能的影响。通过改变各模型的模拟温度进行研究。结果表明:1)GN/GO能稳定C-S-H的结构。2)高温会破坏复合材料的氢键网络,但加入GO能够增加C-S-H中的氢键数量,降低氢键减少的比率,而加入GN则相反。3)高温会降低复合材料的力学性能,但加入GO能改善C-S-H抗拉强度、杨氏模量降低的情况,而GN对C-S-H抗拉强度减小的改善效果不明显,甚至会降低C-S-H的刚度。

关键词： 无机胶复合竹   力学性能   高温处理   受弯性能   线弹性模型  

摘要： 随着保护环境的意识逐渐增强,木结构建筑再次进入到人们的视野,但建筑用木材材料强度低,离散型大,自然存量少,有着几十年甚至上百年的生长周期,严重限制了木结构发展。工程竹结构是由有机粘结剂和竹材制成,克服了木结构存在的诸多问题,但有机粘结剂在高温环境中,强度低,易产生有毒有害物质,导致工程竹在应用和推广上受到一定影响。无机胶复合竹是由硫氧镁无机胶制成,既保留了传统工程竹优异的力学性能,又具备良好的耐火性能和耐久性能,生产过程更是不存在有毒有害物质的掺入,真正做到了绿色低碳无污染,是未来建筑领域可以依赖的材料。本文通过材性试验和梁受弯试验,结合理论分析,对无机胶复合竹力学性能、高温处理后力学性能和梁的受弯性能进行了研究,主要内容如下:(1)通过受压试验、受拉试验、受弯试验和受剪试验,探究了无机复合竹顺纹受压强度、横纹受压强度、顺纹受压弹性模量、泊松比、受拉强度、受拉弹性模量、受弯强度、受弯弹性模量、顺纹受剪强度和横纹受剪强度等材料参数,分析了破坏形式和破坏机理。(2)通过高温处理无机胶复合竹试件的力学性能试验,探究了不同处理温度对颜色、质量损失率、顺纹抗压强度、抗拉强度和抗弯强度等物理力学性能的影响,并使用回归方程对强度随温度变化规律进行了拟合。(3)对带有微裂缝的梁、正常工艺水平下的普通梁、端部加钢板的梁进行受弯试验,研究了无机胶复合竹梁的破坏形式、极限承载力和跨中挠度,试验结束后,对带微裂缝的梁进行修复并植竖向钢筋,探究了无机胶复合竹梁可修复性和植竖筋后的受弯性能。(4)结合无机胶复合竹材料属性和梁的试验结果,利用线弹性模型对无机胶复合竹梁极限承载力和挠度进行了分析,并对理论值与计算值进行了对比。

关键词： 高温双轴试验机   模糊PID   跟随控制   交叉耦合   模型预测  

摘要： 航天飞行器在太空飞行过程中,因受高速气流和复杂结构影响,其鼻锥结构、尾翼和机翼前缘承受高温和复杂机械载荷耦合作用。受高温/复杂机械载荷影响,材料及其构件极易产生损伤失效,导致航天器等关键材料及其构件的研制面临极大的挑战。因此,在高温/复杂机械载荷作用下耐高温材料的力学性能和失效机制对我国航天飞行器的安全可靠服役至关重要。课题组自主研制了高温双轴材料力学性能试验机,实现了高温复合材料在高温和烧蚀条件下的双轴等比例、非比例以及疲劳等载荷加载,可模拟绝大多数耐高温材料的实际服役工况,适用于耐高温材料在复杂载荷下失效模式/机理的研究,为航天器的高效研发和选材提供了技术支撑。不同于单轴拉伸,为便于后续开展材料性能分析,双轴拉伸需要保证试件中心点不偏离或偏离回正,试件最终断裂位置在中心区域。因此,机械载荷加载的精确性和双轴机械载荷的同步性是双轴试样力学性能精准测试的基础,双轴同步控制技术的研究是高温双轴材料力学性能试验机安全测试的基本保障。本文将展开如下研究:(1)为研究双轴系统传动机理,分别对双轴系统中伺服结构、永磁同步电机结构以及机械传动结构进行动力学分析,深入研究双轴系统中四个传动轴的伺服传动系统,分析各传动轴的伺服增益差异。为了确定双轴拉伸中位移和力之间的转换关系,进行多组双轴拉伸试验,在MATLAB中对力-位实验数据进行拟合,从而得出力/位转换公式。最后建立高温双轴材料力学性能试验机传动系统模型,并通过MATLAB/Simulink仿真验证模型的合理性。(2)为研究传统PID算法的实际应用,对永磁同步电机进行阶跃响应调试,确定初始PID参数,使其满足基本运动功能。为进一步解决传统PID控制算法在非线性双轴控制系统下的“超调”、“震荡”等问题,采用模糊PID控制算法对永磁同步电机内部进行优化。并通过仿真和试验,证明模糊PID控制算法对高温双轴控制系统的响应速度、鲁棒性及系统稳定性有极大的优化效果。(3)基于模糊PID控制算法,针对双轴系统中同轴电机同步控制,建立了快速跟随型主从同步算法,引入主电机加速度系数,保障主从同步控制中从电机的转速响应。为了进一步改善主从同步控制中从电机的动态性能,使用模型预测控制代替模糊PID控制作为从动电机的伺服系统,提升其转速响应。为了进一步解决双轴系统中双轴同步控制,针对双轴主电机设计了交叉耦合控制器,引入伺服增益系数以及速度和同步误差间的定量关系,保障双轴同步动态性能和抗扰动性能。针对具体的双轴同步控制问题,提出了基于主从跟随的交叉耦合永磁同步电机模糊PID控制和基于主从跟随的交叉耦合永磁同步电机模型预测控制2种控制方案。(4)在高温双轴材料力学性能试验机上进行双轴同步控制试验,全面分析基于主从跟随的交叉耦合永磁同步电机模糊PID控制和基于主从跟随的交叉耦合永磁同步电机模型预测控制2种控制方案。试验证明,以上两种方案均对双轴同步有明显改善。基于交叉耦合的主从跟随永磁同步电机模糊PID控制对系统有更高的鲁棒性和稳定性;基于交叉耦合的主从跟随永磁同步电机模型预测控制对系统有更高的响应性和灵活性。