课题基金 / 基金详情

基于正交极化设计的柔性压电冰摩擦力矢量传感技术研究

批准号:
52075455
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邓进军
依托单位:
学科分类:
微纳及原子级制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邓进军

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
近年来,北极航道的战略价值不断提升。在极地及北方水域,船舶通常存在着冰区航行的迫切需求,然而冰摩擦力会严重影响船舶航行阻力甚至船体安全。由于测量环境及产生机制复杂,冰摩擦力测量一直面临着原位直接测量手段缺乏的技术瓶颈。. 本项目基于压电聚合物PVDF材料及微纳加工技术,通过极化矢量正交配置以及表面电极阵列图形化结构的创新设计,实现冰摩擦力大小和方向的精确测量。项目主要研究复杂环境下冰摩擦力的多物理场耦合感知机理、柔性可弯多层膜功能结构的界面力学特性与控制方法、载荷作用下传感器性能变化规律及其失效机理等科学问题。此外,突破并掌握全柔性摩擦力矢量传感器及其阵列的设计模型、制备工艺、标定与测试等关键技术,以期获得具有尺寸小、动态性好、阵列化、柔性封装等优势的核心传感器,解决船-冰摩擦力分布测量手段缺乏的难题,为我国极地船舶的冰载荷分析、优化设计和航行安全问题提供基础技术支撑。
英文摘要
In recent years, the strategic value of the Arctic waterway has been continuously improved. In polar and northern waters, there is an urgent need for ships to navigate in ice area. However, ice friction will seriously affect the ship's sailing resistance and even the safety of the ship. Due to the complexity of measurement environment and generation mechanism, ice friction measurement has always been faced with the technical bottleneck of the lack of in-situ direct measurement.. In this project, based on the piezoelectric polymer PVDF material and micro/nano fabrication technologies, a friction sensor with orthogonal polarization vector and the innovative surface electrode array graphic structure is proposed, to achieve the accurate measurement of the magnitude and direction of ice friction. The main scientific problems of the project include the multi-physics coupling measurement mechanism of ice friction in complex environment, the interface mechanical properties and control methods of flexible multi-layer film functional structure, the change of sensor performance under load and its failure mechanism, etc. In addition, the research intends to develop the design model, fabrication process, calibration and test of the flexible ice friction vector sensor. The project is expected to obtain flexible micro sensor array to measure ice friction distribution on ship and provide technical support for the ice load analysis, optimal design and navigation safety of polar ships in our country.
全球气候变暖导致北极冰雪加速融化使得北极水域航运更加便利,船舶与冰接触产生的切向摩擦力会严重影响船体航行阻力甚至船体安全,通过传感器原位直接测量摩擦力是评估冰摩擦的重要手段。本项目以柔性压电聚偏氟乙烯(PVDF)为敏感材料,通过双面梳齿状错位电极结构及高电压空间极化方向的创新设计,在降低正压力敏感的同时,实现了摩擦力大小和方向的测量。通过力-热、力-电等多物理场耦合仿真,揭示了不同摩擦工况下冰载荷的力学行为特征;分析了载荷作用下传感器的力敏机制,构建了具有正压力屏蔽与摩擦力敏感的压电敏感模型及解耦方法;提出了基于光刻-湿法腐蚀的双面图形化工艺路线与空间高电压极化方法,掌握了全柔性双面梳齿状错位微电极结构的可控制备,实现了全柔性封装的压电传感器敏感单元及传感阵列的制备;构建了可变角度及幅值的高精度摩擦力测试标定装置;完成了摩擦力敏感单元及其阵列的测试标定研究,测试结果表明所研制的传感器可有效屏蔽正压力的干扰,对于摩擦力可达到量程为10kPa、灵敏度为2.95mV/N、线性相关系数为0.99、响应时间为51ms等相关技术指标;在水下、低温、及冰面等环境中进行了传感器的测试验证,并且所研制的传感阵列可实现摩擦力幅值及方向的识别。以上研究为船-冰摩擦力的分布式测量提供了基础技术支撑。
面向虚拟气动外形控制的微型合成射流器阵列技术
  • 批准号:
    51105317
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    邓进军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金