人工肌肉本构模型的综述（英文）

人工肌肉是指具有类似肌肉特性的材料,这些材料在外界激励下,可以实现大变形,且响应速度快。本文总结两类人工肌肉本构模型的研究成果:一类是介电高弹体,另一类是响应性凝胶。本文中提到的本构模型仅限于用自由能函数导出的情形。对于介电高弹体材料,分别综述超弹性模型和粘性超弹性模型。在超弹性模型中,列出目前研究中使用较多的一些本构模型的自由能函数具体表达式;比较neoHookean、Gent、Arruda-Boyce和Ogden四种模型在单轴拉伸和等双轴拉伸两种情形下的名义应力-伸长曲线;给出了考虑一些重要因素的研究模型,这些因素包括材料可压缩性、取向极化、变介电常数、热耦合、受纤维约束、流体耦合以及空气耦合等。对于响应性凝胶,分别综述水凝胶、pH敏感性凝胶、温度敏感性凝胶、聚电解质凝胶以及反应性凝胶等的本构模型。这些精确、可靠和有效的本构模型,将有助于开展人工肌肉系统的性能分析和预测,甚至揭示其内在特性和本质规律。     

基于介电弹性体和形状记忆聚合物的多稳态抓取结构研究

介电弹性体是一种典型的智能软材料,具有高的介电常数,且具有重量轻、韧性好、形变大、高弹性能密度以及机电效率高等诸多优点.由介电弹性体制作而成的智能驱动器是通过具有柔性电极的弹性体在电场作用下产生的应变响应进行驱动变形的,在软体机器人、航空航天等许多方面展现出潜在的应用价值.然而,利用介电弹性体制备的抓取结构驱动力较小,将介电弹性体和形状记忆聚合物的变刚度特性相结合,可增加抓取结构的驱动力,并且在抓取和释放过程中无需持续通电即可固定形状.利用介电弹性体的电致变形特性和形状记忆聚合物的形状记忆及变刚度特性,设计了一种智能多稳态抓取结构.建立了驱动器的理论模型,确定结构参数,基于有限元软件对驱动结构的弯曲和恢复过程进行数值模拟,并对其进行弯曲和恢复试验,测试出恢复角度,基于理论和仿真对驱动器结构进行优化设计,基于优化后的驱动器制备了多稳态抓取结构,测试了抓取结构的性能.     

单轴限制下的介电高弹力-电转换器失效行为分析

介电高弹聚合物力电转换器在工作中常受断裂、失拉、电击穿和力电失稳等失效行为的影响而失去工作能力。为了保障介电高弹聚合物力电转换器正常工作,论文对单轴限制下的介电高弹聚合物力电转换器的失效行为进行了研究,分析预拉伸对介电高弹聚合物薄膜力学性能以及允许工作区域的影响。结果表明：预拉伸可以提高薄膜的允许工作区域和机电稳定性能。研究工作可用于预测薄膜的最大允许工作区域,有利于保障转换器的安全工作。     

铁磁材料中基于电磁声换能器的超声发射机理研究

基于适当的假设和近似, 通过分析电涡流的分布、洛伦兹力、磁致伸缩力和磁化力, 研究了在铁磁材料中用电磁声换能器(EMAT)的方法产生超声的耦合机理, 并针对有实用意义的结构参数进行了数值计算以解释换能器的性能. 结果表明: 对于铁磁性材料, 在磁场强度较低、材料磁化未达到饱和时, 磁致伸缩效应在EMAT超声波的产生中起主导作用; 但是, 随着偏置磁场的逐渐增强而使材料达到磁化饱和时, 磁致伸缩逐渐消失, 对产生超声不再有贡献作用, 洛伦兹力变成是激发超声的惟一原因. 因此, 为获得优化的设计, 计算洛伦兹力和磁致伸缩力以及选择合适的工作方式变得尤为重要.     

材料力学课程体系改革管见

材料力学是机械、土建类专业的一门重要的专业基础课 ,许多力学基本概念和分析方法都是在材料力学中首先引入的 ,学好材料力学对上述专业打好力学基础至关重要。传统的材料力学课程体系是首先介绍材料的基本变形——拉、压、剪、扭、弯 ,在每种基本变形中均完整地讨论内力、应力强度以及变形刚度等计算 ,然后介绍应力状态、强度理论及组合变形 ,最后是压杆稳定、动荷载及交变应力 (体系前部分框图如图 1 )。图 1传统材料力学教学模式绪论拉压剪切扭转弯曲非圆截面杆的扭转材料的力学性质超静定问题超静定问题超静定问题变形与刚度计算变形与…     

不确定变形耦合发电机系统的参数辨识与自适应同步

研究了不确定变形耦合发电机系统的自适应同步和参数辨识,设计了自适应控制器和参数更新规则,理论证明了该控制器可使得两个变形耦合发电机系统——驱动系统和未知参数的响应系统渐进地达到同步,并且可以辨识出响应系统的未知参数.数值模拟结果证明了该控制器的有效性.     

典型介电弹性体结构:动力学及其在结构振动控制中的应用（英文）

目的:介电弹性体由于其卓越的优势受到工程界的广泛关注。本文主要综述典型介电弹性结构的动力学的理论和实验研究及其在振动控制中的应用,并指出其中存在的挑战及可能应用于研究的理论。创新点:1.综述四类典型介电弹性体结构的动力学数学模型和动力学行为,以及相应的动力学实验结果研究;2.综述两类典型的介电弹性体结构在振动控制中的应用及相应的控制算法。方法:1.从力学的角度出发,根据介电弹性体的结构形状,研究球形、矩形、管状及圆形介电弹性体结构的动力学模型数学描述及动力学行为;2.实验分析介电弹性体结构的面内及离面动力学行为;3.分析堆栈式和管状式介电弹性体结构在振动控制中的应用及控制算法。结论:1.现有的介电弹性体结构动力学方面的理论研究局限于使用低阶模态,对高阶模态还未涉及;2.现有施加在介电弹性体结构的机械力和电压都是时间的确定性函数,随机情形还属于空白;3.对介电弹性体结构的随机最优控制,特别是以电压为控制项还未研究。     

力电耦合载荷下铁电陶瓷的极化翻转模拟

基于将180°电畴翻转分成两次连续90°翻转,我们模拟了PZT陶瓷在力电耦合载荷下极化翻转行为．模拟结果表明,先加电场后加压应力处理铁电陶瓷得到的剩余极化比先加压应力后加电场得到的剩余极化大．数值结果与实验吻合得很好[Appl．phys．Lett．88,252907（2006）],同时对这种与路径相关的剩余极化给出了理论解释．     

基于TbDyFe合金的复合悬臂梁式致动器结构设计

本文以TbDyFe合金为驱动源,介绍了复合悬臂梁式致动器的工作原理,设计了一种致动器及驱动结构,主要包括磁路的分析、Terfenol-D薄片黏合的数量及位置。运用有限元仿真软件COMSOL Multipysics对致动器及驱动结构的电磁回路进行仿真分析,利用分析结果对致动器结构进行优化设计,结构和性能更加优异。     

螺旋槽机械密封环在热-力耦合下的变形特性分析

为研究机械密封环的变形情况,在Workbench平台联立热场和结构场来分析密封环在混合摩擦热和液膜环境热、惯性离心力和液膜平衡力以及两者热-力耦合效应下随转速变化的变形规律.研究表明:热作用产生膨胀凸变形,力作用产生压缩凹变形,且密封环在热作用下的轴向变形最大,热-力耦合次之,力作用最小,其中热变形为主导;动环轴向最大...     

非线性不平衡转子-轴承-密封系统的动力学行为研究

建立了同时考虑非线性油膜力和非线性密封力的转子-轴承-密封耦合系统的动力学方程,并采用数值模拟的方法对这个耦合系统的分岔和混沌行为进行了研究,通过系统响应随转子转速变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图、一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和时间响应图来反映系统响应从周期运动通过倍周期分岔,最后到达混沌的运动及其演变过程。     

非均布水压作用下采动煤层底板渗流与应力耦合破坏数值模拟

在原岩应力,地下水,地质构造和煤层扰动等因素的基础上,根据煤层底板含水层水压不均匀的特点,从渗流场与应力场共同作用的角度出发,建立了底板含水层非均布水压力学模型和倾向条状带的流固耦合模型。根据弹塑性理论求得煤层底板突水的极限水压力的弹性理论解和塑性理论解。运用FLAC3D数值模拟软件对采动工作面底板进行流固耦合数值模拟,分析了采动煤层底板的破坏特征和渗流特性。重点模拟工作面推进过程中非均布水压作用下底板的变形,破坏区域,孔隙水压力的变化等,得出非均布水压力对隔水岩层的破坏影响明显小于均布水压的重要认识。     

介电弹性体材料及其驱动器多层堆叠工艺研究进展（英文）

介电弹性体（DE）具有驱动应变大、响应快、能量密度高、可灵活处理各种配置等特点,已成为最具前景的人工肌肉技术之一。在过去的二十年中,研究人员一直致力于开发性能改善的DE材料,并探索介电弹性体驱动器（DEA）的创新应用。本文重点讨论了两大主题：介电弹性体的材料创新和介电弹性体驱动器多层堆叠工艺的发展,这对推动介电弹性体的商业化应用具有重要意义。本文对高性能介电弹性体材料和多层堆叠方法的最新进展进行了综述,强调了在该领域取得的进展,并讨论了未来潜在的研究方向。在广泛的商业应用之前,DE仍有几个问题需要解决。第一,设计能够在高驱动频率（100 Hz量级）下保持大而稳定驱动应变（超过100%）的DE材料。第二,解决DE和DEA长时间使用的稳定性。为了提高寿命,应仔细研究失效机理,并根据机理适当调整DE材料的介电性能。第三,需要开发具有高环境耐受性的DE材料。最后,需要解决高电压驱动导致的安全问题。叠层DE驱动器（MDEA）的开发与DE的材料创新同样重要,但MDEA的制备仍存在许多挑战。适用于超薄DE薄膜堆叠的叠层工艺需要被探索。此外,提高当前叠层方法的扩展性也很重要,以兼容大规模制造工艺。     

一种测量钛酸钡/聚氨酯材料电致伸缩性能的新方法

提出利用数字散斑相关方法测量材料的电致伸缩性能的新方法.通过数字散斑相关方法得到面内位移,从而由几何三角关系得到离面位移,实现电致伸缩应变的测量.采用该方法对高电场作用下钛酸钡/聚氨酯复合高分子材料的电致伸缩性能进行了测量.在高电场作用下,对重复加电放电过程进行分析,得到电致伸缩应变,从而获取材料的电致伸缩系数.实验中采用双线性插值方法获取亚象素灰度值,以提高测量精度,并将结果与曲面拟合算法的计算结果进行了比较.结果表明:钛酸钡的加入提高了聚氨酯材料的电致伸缩性能;数字散斑相关方法可以有效地实现材料的电致伸缩系数的测量.该方法为电致伸缩性能的研究提供了一种有效的工具.     

电活性聚合物发电实验

依据电活性聚合物电致大变形特性,揭示其机电耦合规律及能量转换机理.采用丹佛斯生产的硅树脂电活性聚合物材料,构建电活性聚合物风能发电机实验平台,在不同激励电压,不同行程,不同频率下,开展大量恒电荷收集能量实验.实验结果表明：应变与激励电压越大,发电装置收集能量越大,当行程为30mm,激励电压为1700V时,收集能量达到36.2 mJ,验证了理论分析结果的正确性.     

“视线规律”视野下的网页结构设计研究综述

本文利用文献研究法,对与网页相关的眼动实验研究文献进行梳理,试图发现其中的规律,即阅读网页(多媒体材料)的视线规律与网页结构设计存在的耦合关系,并试图利用这种关系指导网页设计。研究者希望通过文献研究找出目前研究的现状,发现问题,解决问题。     

煤层底板变形破坏的相似材料模拟研究综述

底板变形破坏是煤层底板突水的重要影响因素,借助室内试验系统进行相似材料模拟研究是获取深部采动条件下底板突水灾变演化及防治的有效手段。文章总结了相似材料模拟在煤层底板变形破坏中的应用原理、相似材料选择及模型制作,综述了试验相关理论、试验材料、试验装置研制以及量测技术与成果分析等方面的研究进展,重点分析了目前存在的主要问题。最后,指出在未来的研究中,需在模型材料、新技术、新方法方面加强攻关,且应注意相似材料模拟、理论计算、数值模拟和现场实测等多种方法的综合应用,进而综合确定煤层底板的变形破坏情况。     

PCB印制线间串扰的MATLAB分析

借助于数值分析软件MATLAB,利用传输线理论对二平行印制线间的串扰耦合进行分析,得出耦合响应与传输线参数的定量关系,给出电子电路设计中PCB印制线布设的原则.     

水压力条件下的含裂隙边坡动力响应数值分析

在考虑坝水耦合振动影响下,对拱坝边坡在地震作用下承受的动水压力进行了理论分析和数值计算。对正常蓄水位时、枯水位时边坡地震响应进行了分析。包括边坡的损伤演化、应力、位移的分析。在水坝地震动力分析中,应当将边坡、库水和地基三者作为一个综合的振动系统进行动力分析,考虑它们之间的相互作用,为类似库区边坡稳定性评价和边坡加固提供理论依据。     

颗粒材料微观统计力学研究综述

基于颗粒材料的多尺度结构,探讨和搭建微观结构与宏观力学行为之间的联系,研究新的关系式来解决跨尺度耦合的过程是颗粒材料研究的挑战之一。由于微观结构层次的非平衡性和强相互作用,对微观物理量和几何参数的统计描述可以提供连接微细观运动与宏观力学行为之间的联系。本文介绍了颗粒材料不同结构层次的统计参数,总结了研究者关于统计参数与力学概念之间关系的成果,得出对于颗粒材料,正确选取微观参数并予以采用科学的统计方法,是准确预测宏观力学行为的关键。