摘要：光梯度力作为纳谐振器的一种新型驱动方式,得到了广泛关注.本文研究了光梯度力的固有非线性特性,建立了光梯度力驱动圆环与辐条谐振系统的动力学模型.揭示了入射光功率以及几何参数对系统的非线性动力学响应的影响规律.研究表明:光梯度力会引起系统呈现刚度软化效应,随着入射光功率增大,系统主共振峰值明显增大,且谐振频率随着振幅增大而产生较大偏移;两环初始间隙增大,系统振动幅值和谐振频率均下降;辐条厚度越大,系统主共振峰值和谐振频率均减小.因此,可以通过调节入射光功率来实现圆环辐条谐振器的频率调节,为光梯度力驱动纳谐振器动力学设计和性能预测提供理论参考.

摘要：为避免航空发动机喘振,高压压气机的可调静叶需要按照拟定的调节规律转动。静叶调节机构是驱动可调静叶转动的执行机构,一般采用多级联动调节的方式。由于拟定的静叶调节规律十分复杂,且多级静叶调节机构之间运动学耦合,静叶调节机构的尺度设计问题非常困难。目前一般采取逐级分解、单级优化的局部优化策略设计机构参数,无法获得全局最优的机构设计参数。为提高静叶调节精度,通过分析静叶调节机构运动学特点,提出正-逆运动学结合的机构尺度全局优化设计方法:先进行基于逆运动学解析解的全局、高效参数优化设计,再进行基于正运动学数值解的机构参数高精度优化求解,有效解决了静叶调节机构的全局尺度优化设计难题。通过案例分析,验证了所提设计方法的有效性和实用性。

摘要：轿车车身轻量化设计是一个多约束的复杂系统优化问题,且必须满足各项车身结构性能,其中碰撞安全性是先决条件。实际中普遍采用试验设计和响应面法相结合的手段开展轻量化研究。针对传统响应面法拟合约束函数易引起优化解落在非可行域内的缺陷,提出一种面向不等式约束函数的改进响应面法,使近似约束边界分布在可行域中,得到能够满足设计约束的优化解,数值算例验证了改进响应面法在处理约束优化问题中具有比传统响应面法更为明显的优势。将其应用到车身轻量化设计中,结果表明,基于本研究提出的改进响应面法的轻量化方案优于传统响应面法,整车耐撞性能得到提高的同时实现车身前部结构减重21.4%,为开展车身轻量化设计研究提供可借鉴的方法。

摘要：提出了一种基于桥式放大机构的柔性薄膜致动器设计.该设计采用桥式放大机构提高致动器位移输出特性,利用并联耦合连杆机构降低输出漂移.采用理想模型和弹性梁理论,对薄膜致动器的运动学特性与形变位移模型建模,深入探究机构位移放大比和输出漂移误差.中心旋转对称式的机构拓扑构型,降低热变产生的寄生位移.通过ANSYS有限元模拟以及样机实验,验证致动器机构设计和位移放大比.采用MEMS工艺设计的样机,最大输出位移为50μm,位移放大比为23.设计参数满足约束要求时,机构输出位移大小只与并联输入位移的均值相关,径向位移不会因输入位移大小的差异产生.

摘要：设计了一种用于铣削减振的2自由度主动式工件装夹平台,平台在控制信号作用下使工件产生运动以抵消切削时刀具和工件之间的振动.在控制器设计时以主动平台作为被控对象并将切削时的刀具—工件相对振动视为对系统的扰动,将其转化为鲁棒干扰抑制问题.针对由对象模型和扰动通道传递函数内模构成的增广系统设计了状态反馈的控制器,由于在控制器设计时不需确切的扰动通道的模型而仅需了解扰动频率,设计过程被有效简化.通过比较有无控制作用时的振幅检验了控制效果,结果表明振动明显得到抑制且对对象模型的参数扰动具有一定的鲁棒性.

摘要：对柔性神经电极进行优化设计,综合弹性模量、电极厚度、楔形角这3个参数进行研究,利用正交试验设计的思想设置试验组,采用ANSYS软件研究不同试验组的脑组织最大应变,并根据试验结果提出组合式柔性神经电极的设计思路.研究结果表明,在弹性模量为8.5 GPa、电极厚度为15μm、楔形角为45°的情况下,微动造成的脑组织最大应变最小,为5.5627×10-2.一种中间层聚合物弹性模量为5.5 GPa,两边层聚合物弹性模量为8.5 GPa的三明治结构的组合式柔性电极,在微动损伤以及植入形变上均具有一定的优势.

摘要：为解决生物可溶性涂层辅助柔性神经电极植入时对大脑造成较大损伤的问题,提出了一种T形截面涂层;通过实验测量和统计分析得出了植入力与涂层宽度具有线性关系,提供了涂层尺寸设计的理论依据;考虑屈曲力和加工工艺等约束条件,针对不同宽度电极采用遗传算法获取了T形截面涂层的最优尺寸。仿真和实验研究结果表明,T形截面涂层能可靠辅助柔性电极植入,同时其平均截面积仅为同宽度矩形截面涂层的58.24%,植入力仅为其64.62%。该设计有效减小了截面积和植入力,进而减轻了植入时对大脑的损伤。

摘要：构型设计是机器人创新设计的重要阶段,考虑机构特性建立逻辑运算法则、从运动合成角度建立并联机器人构型设计方法,比较符合基于逻辑推理和形象思维、从无到有根据设计任务构造方案的设计需要。鉴于并联机器人的支链结构决定了末端转动特征的迁移能力,提出支链末端特征的实轴迁移定理和虚轴迁移定理。实轴迁移定理指支链末端的转动特征决定于支链中转动铰链的轴线位置,该转动特征沿移动特征方向具有迁移能力;虚轴迁移定理指支链末端的转动特征在与之垂直的末端移动特征平面上具有平行迁移能力,分6种不同情况采用虚设转动副法分别利用自由度分析加以证明。利用轴线迁移定理分析了两种新机构的末端转动特征。

摘要：利用Abaqus中不同的超弹性本构模型对橡胶材料试验数据进行拟合,在此基础上选择合适的本构模型,然后分析手性蜂窝覆盖层的水下非接触性爆炸动响应特点,并研究主要设计参数包括高度、镂空率和面板材料对抗冲击性能的影响。研究结果表明,随着高度、镂空率和面板材料波阻抗的增加,覆盖层的抗冲击性能和缓冲性能得到提高。对该覆盖层的水下爆炸抗冲击防护机理、性能的认识和结构形式的进一步优化设计提供参考。

摘要：压电复合材料由于其优越的机械能-电能转换能力,既可用于吸收结构振动能量进行减振,也可施加电压进行致动,但是针对减振与致动性能的设计异同点未被探讨与研究。针对碳纤维-玻璃纤维-压电纤维组成的多层压电复合材料结构的减振及致动性能进行设计与优化,给出了相应的结构铺层建议及优化结果。所设计的复合材料结构包括多层单向混合纤维复合基底和分布式压电片两个主要部分,基底中碳纤维、压电纤维和玻璃纤维对称铺设,压电片贴于基底最外层。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton原理推导了压电复合材料结构的机电耦合模型并分析其动力学特性。通过对比不同铺层顺序下结构的减振与致动性能,得到了混合控制结构的最佳铺层顺序。在此基础上,使用遗传算法对分布式压电片贴附位置和整体复合结构中的铺层角度进行优化,分别提升了结构的减振和致动性能。结果表明,分布式压电贴片在最外层时减振效果最好,压电层在内部时致动能力更优。压电贴片的贴附位置优化后,相比于在高应变区贴附的经验布置策略,前三阶模态减振性能分别提升了0.67 dB、0.77 dB及1.87 dB;碳纤维和玻璃纤维铺层角度分别为90.001 5°、53.065 2°时致动效果最佳。