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.     

介电高弹体的材料、结构和器件力学（英文）

目的:介电高弹体是典型电敏性材料,在外加电场的作用下会产生大的变形,这一特点使其成为人工肌肉致动的理想材料,近年来引起研究者的广泛关注。本文着重介绍介电高弹体的基本力学理论和方法,旨在为相关材料、结构和器件的设计提供参考,也有助于不同专业背景的研究者了解并开展介电高弹体的相关研究。概要:本文介绍了近年来关于介电高弹体力电耦合问题的一些理论和数值研究,重点包括力电耦合的控制方程、材料本构关系、粘弹性响应、力电失稳以及致动器设计等方面。文中讨论了基于非平衡热动力学的介电高弹体力学模型处理复杂构型或与时间相关变形时常被采用的数值方法,优化介电高弹体致动极限的力学设计,以及介电高弹体力电响应在典型致动器中的应用。     

圆形框架上的介电弹性体相变转换（英文）

为了模仿生物的附着功能和表面皮肤的纹理,对软材料介电弹性体(DE)上的相变转换进行了研究.圆形DE膜上涂有电极区域在电压作用下所呈现的平坦、褶皱或者膨胀凸起的状态,验证了相变转换与失效现象的理论预测.当介电弹性体膜受到径向力和逐渐递增的电压时,在介电失效之前会发生4种试验现象:膜上通电区域扩张,薄膜保持平坦直到破裂;从平坦状态转变为凸起状态;膜上褶皱部分和凸起部分共存;涂有电极区域完全转换为褶皱状态.在第4种现象中又存在2种情况:褶皱在膜上小区域内形成,然后逐渐增加直至膜上涂电极的区域全部变为褶皱;褶皱区域和平坦区域不断相互转换,直到电击穿.研究发现无预拉伸时,薄膜在不断增大的电压作用下膨胀凸起,而褶皱现象一般出现在较大的预拉伸作用下,因此预拉伸对介电弹性体的机电相变有着显著的影响.     

基于部分反馈的LQG模态半主动控制算法

针对复杂结构半主动控制造价高、难以实现工程应用的缺点,对传统模态半主动控制算法改进并提出基于部分反馈的LQG模态半主动控制算法.算法中设计的Kalman滤波估计器可直接从结构的部分反馈信息对截断模态响应向量进行估计.通过在一安装有MR阻尼器的平板网架结构振动控制数值仿真表明,该算法对外部激励有很好的适应性,控制效果可以接近传统Clipped-optimal半主动控制算法,同时由于控制方程维数和所需传感器个数的降低,将更适合于复杂结构的工程应用.     

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。     

钢轨减振器对高铁轨道结构动力学特性的影响研究（英文）

目的:针对典型高铁轨道结构,对钢轨减振器的设计参数进行研究,进一步揭示钢轨减振器的工作机理,为合理设计和应用提供科学依据。创新点:运用基于傅里叶变换的无限长周期结构动态特性的分析方法,从轨道结构的频散特性、共振特性、振动衰减特性和振动能量(近似声辐射能力)等多个方面对钢轨减振器的参数进行研究;提出荷载移动对振动衰减率的影响问题。方法:运用基于傅里叶变换的无限长周期结构动态特性的分析方法,结合典型高铁轨道结构,对钢轨减振器的设计参数对轨道结构动力学特性的影响进行研究。研究的动力学特性包括:频散特性、共振特性、振动衰减特性和振动能量(近似声辐射能力)。结论:1.加装钢轨减振器会引入新的阻带,从而增加整个阻带的宽度;2.在移动和不移动的情况下,荷载的振动衰减率是不同的;荷载的高速移动会降低振动衰减率;3.从阻带尽量宽、振动衰减率尽量大和振动能量尽量小这三方面的要求来看,钢轨减振器的设计频率应该接近原来轨道结构的Pinned-Pinned频率,并且质量越大越好;4.如果能够保证足够高的阻尼,钢轨减振器的频率可以设计得比Pinned-Pinned频率低。     

滑模变结构控制理论在电力电子电路的应用

针对BUCK变换器的传统设计方法的不足,利用滑模变结构控制理论设计BUCK变换器,探讨以期望输出电压为依据的切换面设计问题,并对BUCK电路滑动模态上的动态品质进行分析,具有较强的鲁棒性,此方法同样适用其它电力电子电路.     

电动伺服振动教学实验平台开发与实践

针对结构振动理论课程内容的复杂性、抽象性和枯燥性等特点,利用机械设计、振动力学及计算机等技术开发了一种用于模拟结构振动的电动伺服教学实验平台,平台主要由振动平台机架、伺服控制单元、动作执行单元、振动平台、激振系统、高清图像快速采集系统、数据采集处理及模态分析系统组成.可对不同类型结构的振型进行教学演示,测试结构的动力特...     

基于振动传递的结构连接部非线性识别与表征（英文）

为了研究结构连接部的非线性振动特性,利用螺栓连接质量系统进行实验平台搭建,进行了动力学特性分析和响应预测,并讨论了非线性动力学参数识别问题.首先,通过不同的基础激励完成系统的正弦扫频实验及模态测试,以研究集中质量的刚体运动.然后,基于谐波平衡法原理,利用不同基础激励下的振动测试结果,对不同激励力下的连接部非线性进行识别.试验研究结果表明,连接部的非线性刚度和阻尼力可以通过多项式的形式表达和逼近.识别的非线性刚度和阻尼力可对螺栓结合面的振动响应进行预测,并可在一定范围内反映由于连接部接触引起的振动非线性,以及峰值频率偏移和阻尼硬化的现象.     

轨道局部缺陷引起的城市轨道交通地面振动——应用动力吸振器作为减振措施（英文）

目的:基于动力吸振器理论提山一种控制城市轨道交通地面振动的有效措施。创新点:1.确定动力吸振器安装在车辆或轨道上的最优位置和动力学参数;2.采用提出的两步分析法真实模拟布鲁塞尔有轨电车在通过轨道局部缺陷时引起的地面振动;3.探明动力吸振器安装在车辆或轨道上对控制地面振动的有效性。方法:1.通过对列车-轨道耦合动力学系统进行模态分解,得山在不同位置安装动力吸振器的最优动力学参数;2.采用所提出的两步法预测不同工况下城市轨道交通的地面振动:首先建立多体车辆与轨道耦合动力学模型,计算作用在土体上的动力作用,然后建立三维土体有限元模型,模拟动力作用引起的地面波传播及周边的地面振动。结论:将动力吸振器安装在车辆上是降低城市轨道交通地面振动的有效措施。     

典型机械结构的模态参数测试系统

模态测试技术是机械工程专业高年级本科生和研究生教学中的重要学习内容.为了从实践上验证模态分析相关理论的正确性,掌握基本的模态测试方法,该文以瞬态激励法为基础,对悬臂梁结构进行了模态参数测试,给出了瞬态激励测试悬臂梁部件的基本实验步骤,获得了悬臂梁结构的一阶及二阶固有频率和振型.同时,对实验结果进行了必要的分析讨论.该研究将为模态测试的实验教学提供一种实用的实验方法,也为瞬态激励法的实际工程应用提供基础.     

基于结构健康监测系统的悬索桥运行模态识别(英文)

介绍了联合应用峰值法和互谱法的模态参数识别方法,并提出了一种新的主梁振型优化方法.将上述方法应用于润扬大桥悬索桥的运行模态识别系统中,利用结构健康监测系统采集的振动响应数据获取结构的模态参数.作为应用实例,对台风麦莎作用下的主梁、主缆和桥塔振动响应数据进行了模态参数识别.结果表明:主梁部分振型的模态频率不仅能从主梁的振动响应识别出来,而且能够从主缆和桥塔振动响应中识别,主粱、主缆和桥塔之间存在较强的耦合振动.此外,将运行模态的识别结果和成桥之初的现场测试结果进行了对比,二者识别结果整体上吻合较好,但运行模态系统识别的部分振型模态频率,如L1和L2,发生了较明显的下降.     

圆盘弯曲振动固有特性研究

圆盘结构在工程上有广泛的应用,探讨其弯曲振动固有特性对于预防圆盘结构共振、提高圆盘结构强度和使用寿命、设计圆盘结构振动控制方案等都具有重要意义,但圆盘弯曲振动的频率和模态的精确解无法直接求出。单独的数值仿真和实验测试难以确定正确结果,本研究采用有限元仿真和实验测试相结合的方法求解圆盘弯曲振动的频率和模态。首先使用有限元方法对中心固支圆盘前三阶弯曲振动频率和模态进行估算,然后对圆盘弯曲振动频率进行测试,根据有限元估算结果对测试结果进行确定,并比较了2种结果,结果非常吻合。     

碰摩转子系统的混沌行为控制研究

根据Jeffcott碰摩转子系统的非线性动力学方程,利用时域波形图、轴心轨迹和Poincare映射图以及全局分岔图对系统的混沌行为进行分析,应用线性压缩映射和小波函数构成的非线性映射对碰摩转子中的混沌行为进行数值仿真,使其控制到稳定周期轨道.研究结果为转子系统的故障诊断、振动控制及安全运行提供了理论参考.     

具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

机床主轴箱和垫板结合面动力学建模与修正研究

基于机械结构结合面模型修正理论,本文提出应用接触单元和弹簧—阻尼单元为主建立轴箱和垫板结合面有限元模型和动力学模型,应用模态试验的结果和优化参数法识别结合面的接触特征参数,修正后的模型能准确地模拟结合面的动力学特性,为机床结构的优化设计奠定了基础。     

结构振动控制在我国建筑工程中的运用

简要说明了结构振动控制的基本概念、研究的任务 ,结构振动控制的主要方法 ;阐明各种控制方法的特点。并列举了各种控制方法在我国建筑工程中 ,特别是高耸结构中的工程应用实例。对土建结构振动控制研究作了展望     

基于滑模变结构的PWM整流器系统设计

根据三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构,建立了整流器的数学模型;对控制系统的电流内环采用滑模变结构的控制算法,对电压外环进行PI控制,并通过Matlab/Simulink进行了仿真。从仿真结果可以看出,滑模变结构PWM整流器系统具有较好的抗干扰能力。     

土木工程结构抗震技术探讨

作为当前高科技领域之一的结构振动控制技术应用于各类工程中,以减轻或避免结构在地震作用下的破坏.本文对结构振动控制的类型进行了分类研究,并分析了基础隔震、被动耗能减振和主动、半主动和智能控制的工作原理和各振动控制的应用现状.     

教育发展动力结构初探

教育,作为一种社会系统工程,其发展轨迹是一种结构的运动。本文力图应用系统动力学的某些基本原理对教育动力问题作一初步的系统一结构性探讨。系统动力学(System Dynamics)是美国麻省理工学院(M.I.T)福雷斯特(Jay.w.Forester)教授首次提出的理论。该理论作为一门系统理论与实际运用紧密结合的综合性学科,其目的是从整体上研究系统的结构与功能,并把握复杂系统在时间序列上的动态行为,中心思想是信息反馈理论。