摘要：为研究喷气涡流纺金属丝包芯纱成纱过程中纤维运动状态与包缠效果,设计了基于工业内窥镜的在线观测装置,实现了对金属丝与短纤维在喷嘴内腔中运动图像的捕捉;提取纤维包缠过程中的露芯特征,与制成包芯纱的露芯量进行对比分析,并研究了喷嘴气压与纺纱速度对纱线露芯量的影响。研究表明:短纤维包缠金属丝的运动状态主要分为3类,短纤维以一定的螺旋角均匀包覆金属丝,短纤维头端包缠金属丝而尾端倒伏于锭子上或呈螺旋状松散分布在金属丝周围,短纤维尾端包缠金属丝而头端呈自由离散状态;纱线露芯量随喷嘴气压的提高先降低后增加,随纺纱速度的提高先增加后降低;在线观测结果与成纱的露芯量随工艺参数变化的趋势较为一致。

摘要：单相驱动的超声电机由于其驱动电路简单、设计灵活、结构紧凑等优点,受到越来越多的关注。但单相驱动的超声电机主要以直线型电机为主,且工作模态一般为退化模态,存在能量利用率低、频率易漂移等缺点。此外,现有旋转型单相驱动的超声电机存在输出性能差、不易装夹等问题,严重制约了其应用。为解决上述问题,提出了一种新型单相驻波驱动的旋转型超声电机,通过单一工作模态实现对转子的摩擦驱动。该超声电机的定子主要由压电复合梁和带驱动齿的圆环构成,在两组压电陶瓷片的交替激励下分别产生两相工作模态,并通过两相工作模态相互切换实现电机的双向旋转运动。首先,采用有限元分析方法计算得到了超声电机定子的几何尺寸和两相工作模态(包括共振频率和振型)。其次,通过测振实验对定子原理样机进行了振动特性测试,得到了定子的幅频特性、振型和驱动齿的运动轨迹,并与仿真计算结果进行了比较,验证了仿真分析的正确性。最后,装配了旋转型超声电机原理样机,并开展了性能测试实验研究。结果表明:在300 V激励电压、1 N预压力的条件下,超声电机原理样机在两个工作模态下的最大转速分别为123.9 r/min (顺时针旋转)和450.9 r/min (逆时针旋转),最大扭矩分别为1.058 mN·m和2.534 mN·m。有限元分析结果和实验研究结果均验证了所提出的单相驻波驱动的旋转型超声电机结构设计的可行性和工作原理的正确性,并为后续同类型超声电机的设计提供了新思路。

摘要：为构建面向软体机器人应用的织物基人工肌肉,设计并制备了1种以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、芳纶复丝为外包纤维的包覆纱,利用该包覆纱制备了1种可通过电阻热驱动的纬平针织物致动器,研究了此致动器循环致动特性及其结构参数与致动条件对其致动特性的影响。研究结果表明:针织物致动器受驱动后将沿线圈纵行方向产生弯曲变形;当致动器线圈横列数增加时,其沿织物平面线圈纵行方向输出的致动力值将呈近似线性关系显著增加,而在垂直于织物平面方向输出的致动力略有减小;针织物致动器线圈尺寸的增加将使其沿织物平面内线圈纵行方向输出的致动力增加;致动电流值的增加将使致动器输出的致动力增大;针织物致动器具有稳定、快速的循环致动能力。

摘要：为探究不同压力等级下医疗袜对腿部共偶变形的影响,测量不同压力等级医疗袜的多个姿势中腿部各截面的共偶变形。结果表明:相比较1级压力医疗袜,2级和3级压力医疗袜对中腿部分的共偶变形作用大;在足底用力的情况下(微蹲、自然站立、踮脚站立),足与小腿间的角度为90°时,踝骨围最大;双脚均着地(自然站立、微蹲、正坐)时,膝围大小与大腿和小腿夹角呈负相关,夹角越小,膝围越大。研究结果可为产品设计师和医师在开发和临床应用医疗袜方面提供参考。

摘要：超双疏表面拒水又拒油的特性指导着油水共存环境下材料表面的设计。本文概述了其构筑方法包括溶胶-凝胶法、自组装法、相分离法等自下而上的方法,以及刻蚀法、纳米压印法等自上而下的方法,并指出后者相比前者更易于构筑有利于形成超双疏表面的倒悬结构,但往往存在制备过程繁琐的问题。此外,文中简述了超双疏特性主要用于构建油污环境下的自清洁表面,提高表面抗黏附能力,实现油水环境下的减阻作用等,并提出可进一步探索该特性在微流控管道设计领域的应用。最后展望了该领域未来的研究重点是探索简易的制备方法来构筑超双疏表面,在确保良好超双疏特性的前提下提高其耐久性,以满足在实际环境中的应用。

摘要：湿法纺丝工艺以其操作简单、制备成本低等优点得到广泛应用。设计了一种面向芯鞘型纤维的湿法纺丝装置,将湿纺纤维的成形、拉伸、干燥、收集功能集于一体,节省了成本,缩短了制备流程,为芯鞘型纤维的规模化生产提供了新思路。利用该装置制备了基于炭黑/聚氨酯的具有芯鞘结构的弹性导电纤维,并对其结构和性能进行了初步研究。

摘要：介绍了一种基于织物/折纸复合材料的仿蠕虫管道软体机器人的设计过程与性能测试,其中PVC涂塑尼龙机织物与折纸结构分别用作机器人的皮肤和骨骼。机器人两端设有Kresling结构的锚定器,锚定器表面附着有用于加强锚定作用的硅胶块;机器人中段采用类似风箱结构的主体段连接,以此实现其蠕动前进。研究了机器人的水平单向运动性能、水平双向运动性能、竖直爬行运动性能、拖拽重物性能、排障性能和耐变形性能。结果显示:该机器人具有成本低、制备简单、自由度无限、可模块化设计等优点,在管道检测与排障方面具有良好的应用潜力。

摘要：电卡效应是一种新型凝聚态制冷效应,其来源于极性材料的电致相变导致的偶极有序度的可逆调控.由于使用电容型场效应(无载流子输运),电卡制冷循环能量可逆性好、介电损耗低,在单次极化-退极化循环中材料能量回复效率接近85%.因此,电卡制冷器件具有理论能效高、制冷功率密度大、器件集成度高、易维护、噪音低和尺寸缩放可控等优点.同时,由于其直接使用电能作为驱动,无需压缩机、永磁体等触发二次能量转换,能更方便地与民用、商用环境结合.综合各项指标,电卡效应具有的潜在技术优势不容忽视,被国际上多个组织认为有望成为一种大规模应用的替代制冷方式.然而,目前电卡制冷系统所使用的各类单相材料各自存在难以突破的缺陷.为了结合不同体系材料的优势,设计并制备复合材料是领域内重要的研究方向.综述电卡制冷复合材料的发展与其在柔性制冷/热泵系统中的应用,并展望电卡固态热管理技术在一揽子零碳技术中的未来发展方向与潜力.

摘要：三维编织复合材料在对结构件重量和冲击强度要求较高的高/低温应用场合,有着比金属材料更明显的性能/重量比优势,在高强度和轻量化零部件设计中有极大应用潜力。采用高速摄影记录冲击变形过程,用试验测试和有限元分析方法,研究三维碳纤维增强环氧树脂编织复合材料在不同环境温度单次与多次应力波加载下的横向冲击损伤性质,揭示横向冲击加载下的热力耦合损伤机制。研究发现,在单次应力波加载下,复合材料冲击面的压缩应力大于背部的拉伸应力;而在多次应力波加载下,随着试件变形背部的拉伸应力逐渐增大,大于冲击面的压缩应力。在室温下,复合材料的绝热温升集中在断裂面;而在高温下复合材料韧性增强,基体与增强体热膨胀系数的差异导致环氧树脂和碳纤维束相互挤压,绝热温升分布受编织结构的影响,表面呈散点状分布。研究表明,编织复合材料在室温和高温下的冲击损伤结构设计,为促进编织复合材料在冲击工程结构设计等领域的应用提供了理论依据。

摘要：基于三维人体扫描获取的人体表面点云数据和拉普拉斯方程,建立医疗袜与腿部接触的服装压分布理论预测模型。选择常用的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级医疗压力袜以及3名在校大学生进行试穿,按照建立的理论模型计算压力袜和腿部接触的压力分布,并采用AMI3037型接触式气囊压力测量系统测试受试者穿着医疗袜时的实际接触压力,验证预测模型的实用性。结果表明,理论值和实测值基本一致,在一定程度上表明基于非接触式三维人体扫描的医疗袜压力分布预测方法可行。