基于阿基米德螺线方程提出一种等间距螺旋电极压电驱动器, 该文分析了其电极结构与驱动原理, 采用丝网印刷法对该驱动器螺旋电极进行了印制, 并完成待测元件的制备。搭建了位移测试平台测试元件的静态性能, 并对其静态的径向位移及平面扭转角进行了研究。试验结果表明, 直径25 mm、厚2 mm、电极宽0.6 mm、电极中心距1.2 mm的等间距螺旋电极压电驱动器在频率0.5 Hz、电压200 V的正弦激励信号作用下, 径向峰值位移可达1.02 μm, 为传统电极压电元件的1.57倍, 扭转角度可达0.12 mrad, 与传统型压电驱动器相比, 该元件具有较大的径向位移输出,且产生的扭转角度明显。

传统的加工方式难以实现变截面扭转弯曲结构件的成型。本文研究了变截面结构在扭转及弯曲变化下光内送粉激光熔化沉积成型的轨迹规划问题，提出了针对此种几何成型特征结构件的连续渐变分层法，实现了变截面结构在扭转弯曲变化下的分层成型。最后根据结构分层获得的光内送粉喷头空间三维轨迹变化的坐标信息进行了扭转弯曲变截面结构件的成型实验，实验结果表明：成型件表面平整且成型精度较高，成型件的弯曲角度和扭转角度分别为46.18°和44.79°，与原始设计角度的误差分别为2.62%和－0.47%；成型件初始圆形截面的直径和终止方形截面的边长分别为59.63 mm和60.72 mm，与原始设计尺寸的误差分别为－0.62%和1.20%；成型件微观组织致密，无明显的气孔和裂纹。

全光纤干涉仪具有结构简单、制作方便且灵敏度高的特点, 近年来已广泛应用于各种传感领域。提出了一种基于多模光纤错位熔接于两单模光纤之间的全光纤干涉仪, 并将其应用于矢量扭转测量。实验证明, 若以强度解调, 传感器在顺时针及逆时针扭转时的灵敏度分别为 -0.225 dB/(°·m)和0.148 dB/(°·m); 若以波长解调, 传感器在顺时针及逆时针扭转时的灵敏度则为-0.259 nm/(°·m)和0.222 nm/(°·m)。不管采用哪种解调方法, 传感器在0~180o 范围内的线性拟合度都大于97%。提出的全光纤扭转传感器结构简单且性能良好, 可以用于建筑形貌及结构健康监控等工程应用。提出的全光纤干涉仪在未来还可用于其他领域的传感测量, 如温度、曲率等。

复合海底电缆在敷设和运行过程中由于外部荷载作用常发生扭转行为。文章基于有限元软件建立三芯光纤复合海底电缆局部段的精细数值模型,并开展了相关数值仿真实验,重点研究海缆顺-逆扭转方向以及扭转角度对海缆主要结构的受力影响。仿真结果表明,顺-逆扭转作用对于不同绞合方向的内部结构有不同程度的影响,海缆内部结构沿轴向方向扭转角度具有较好的一致性,呈现出线性变化特征; 小角度扭转时各结构应力出现先增后降趋势,而扭转角度增大时各结构应力出现逐渐增长趋势,增长速度有所升高,材料屈服出现非同步性。

该文提出了一种减小滚珠丝杠副摩擦力的超声振动减摩振子。将激振器与滚珠丝杠的螺母通过螺栓在法兰处相连，通过激发减摩振子的二阶扭转振动模态，实现对滚珠丝杠副的减摩。利用有限元分析软件对减摩振子进行模态分析并对激振器套筒长度、激振器法兰厚度及内孔直径进行正交试验，通过优选得到最佳组合并确定其主要结构尺寸,试制了样件。最后对减摩振子进行实验测试，验证了该减摩方法的可行性。

为了扩宽悬臂梁压电式能量收集器的工作频带，提出了一种新型的电学连接方案。通过将悬臂梁表面电极分为两个对称区域，实现扭转模态下正负电荷的有效收集。对悬臂梁的结构尺寸进行优化，使弯曲模态接近扭转模态的谐振频率，以扩宽压电式能量收集器频带。根据Erturk的分布参数机电模型，研究了两种模态下的输出电压与固有频率。研究结构表明，当悬臂梁长宽比在3.25~3.35范围内，1阶扭转模态频率接近2阶弯曲模态频率，实现了能量收集器的频带扩宽。该工作对悬臂梁压电式能量收集器的研究和应用具有一定的借鉴意义。

针对目前超声电机振子主要采用纵振或弯振复合而较少采用扭曲振动的形式, 该文设计了一种弯扭复合模态的超声电机振子, 该振子的振动模态由一阶扭转振动模态和二阶弯曲振动模态耦合而成。采用有限元法对二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率在不同振子尺寸参数下的规律进行分析, 并将这些规律拟合为两个多维函数的基础上, 以提高二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率一致性为目标, 采用最速下降法对振子结构进行优化设计。实验结果表明, 优化设计后振子的二阶弯曲和一阶扭转振动固有频率一致性较优化前有明显提高。

提出了一种基于预扭制保偏光纤（PMF）Sagnac环形镜结构的光纤扭转传感器，该传感器可以同时实现扭转方向的判别和扭转角度的测量。此结构的传感部分由熔接在两段2 mm长的多模光纤（MMF）中间2 cm长预扭制的熊猫型PMF构成，通过透射光谱中谐振波谷波长或功率变化的测量，实现扭转方向判别和扭转角度的测量。实验结果表明，该传感器具有较高的灵敏度。逆时针扭转时，谐振波谷波长随着扭转角度的增大发生蓝移，波长灵敏度最大为-455 pm·rad^-1·m，功率灵敏度为-1.35 dB·rad^-1·m；顺时针扭转时，谐振波谷波长随着扭转角度的增大发生红移，波长灵敏度最大为182 pm·rad^-1·m，功率灵敏度为2.20 dB·rad^-1·m。该传感器具有结构和制作简单、成本低廉等优点，在扭转或者旋转测量领域具有潜在的应用前景。

该文设计了一种新型叉指型电极(IDE)结构形式的螺旋电极压电扭转驱动器, 推导并建立了螺旋电极平面有效电极区域内点的应变理论方程。利用ABAQUS对该理论方程进行验证, 并着重研究了电压、径向尺寸、圆盘厚度对该压电驱动器应变的影响。结果表明, 螺旋电极压电扭转驱动器能够产生较大的切向应变和径向应变输出; 增大电压, 减小压电圆盘径向尺寸和压电圆盘厚度, 有利于提高驱动器的驱动性能; 在螺旋角、压电圆盘径向尺寸和电压一定时, 螺旋电极压电扭转驱动器的切向应变达到普通电极型的17.5倍, 径向应变是普通电极型的1.6倍。