摘要：多晶材料是一类广泛应用于超精密切削加工的工件材料。在超精密切削中,每转进给量、切削深度等工艺参数与多晶材料的平均晶粒尺寸接近,而不同晶粒之间的力学性能存在显著差异,因此晶粒对超精密切削加工过程有重要影响,甚至成为影响多晶材料超精密切削表面加工质量的关键因素。围绕该问题,针对多晶材料超精密切削加工中晶粒的影响进行综述。首先评述了晶粒对表面粗糙度影响的研究进展,重点介绍了晶界台阶现象及其影响因素;其次评述了晶粒对切削力影响的研究进展,分析了几种考虑晶粒影响的切削力模型;最后总结了超精密切削中控制晶粒影响的方法,并简要分析了相关领域的发展趋势。上述研究进展对提高多晶材料超精密切削的加工质量具有参考意义。

摘要：针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。

摘要：三周期极小曲面(TPMS)可以通过公式精确地控制多孔支架的形态而被广泛应用。本文构建一种I型包装(I-WP)型多孔支架,采用有限元法研究壁厚和周期与支架形态和力学性能的关系,并进行压缩和流体性能的研究。研究发现,不同壁厚(0.1~0.2 mm)、不同周期(I-WP 1~I-WP 5)的I-WP型支架孔隙率在68.01%~96.48%范围内,等效弹性模量为0.655~18.602 GPa;随着周期和壁厚的增加,支架应力分布趋于均匀;拓扑优化后I-WP型支架等效弹性模量基本不变,渗透性提升52.3%。综上,对于I-WP型支架可以先调控周期参数,后调控壁厚参数,结合拓扑优化来达到设计要求。本文构建的I-WP型支架具有良好的力学性能,且满足修复人体骨组织的需求,为人工骨小梁支架的设计提供一种新选择。

摘要：目的分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响。方法构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell 1~4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率。结果8种支架的弹性模量为5.1~10.4 GPa,屈服强度为69~110 MPa,4种晶体支架的渗透率为0.015~0.030 mm^(2)。结论随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell 2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell 3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计。

摘要：为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明:外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。

摘要：为了探究有效扩大轴流泵稳定运行范围的方法,针对轴流泵进行自循环机匣处理的单通道定常数值模拟,分析周向覆盖比例、抽吸口位置和喉部高度对水泵扩稳性能的影响规律,并揭示自循环机匣对轴流泵扩稳的改善机理.结果表明,抽吸口位置保持不变,扩大周向覆盖比例和喉部高度都可以增大流量裕度,但设计点效率降低;喉部高度为1.8 mm的自循环机匣流量裕度随着抽吸口位置的后移先增加后降低,效率先降低后增加,说明在叶顶上方存在一个最佳位置.在研究的范围内,流量裕度最大达到5.93%,设计点的效率最低降低1.12%.通过自循环机匣处理,使叶顶泄漏流与主流在叶顶上方相互作用形成的堵塞区面积有所减小,从而可以扩大轴流泵流量范围和提升小流量工况效率.该研究可为轴流泵在自循环机匣的端壁处理方式下扩稳提供参考.

摘要：为了提升传统纯立方吸振器的吸振效果并避免由高分支响应造成的失效,在纯立方吸振器的质量块两侧安装由碰撞板和弹簧组成的小型装置,构造出一种新型的碰弹强化吸振器。首先,设计并加工了由单自由度线性主振子和该吸振器构成的试验平台;其次,对比研究了在简谐激励下连接碰弹强化吸振器与连接纯立方吸振器的主振子加速度响应的差异;最后,试验分析了吸振器的弹簧刚度和碰弹间隙两个参数对主振子加速度响应的影响。结果表明:碰弹强化吸振器具有优越的减振性能,可以改变整个系统的稳定性,并且能够抑制分岔的发生,消除系统在较大激励下的高分支响应;通过合理控制两个参数,碰弹强化吸振器可以得到更好的振动抑制效果。

摘要：机床加工工艺系统的原始误差严重影响机床的加工精度,消除相应的误差影响至关重要。首先,提出一种静态载荷加载试验方案,模拟机床实际加工过程中的受力状况,再基于试验建立三轴数控机床几何与切削力综合误差模型,以球头刀三轴数控铣削为背景,利用激光干涉仪与“九线法”辨识方法,测量并辨识上述的机床综合误差。然后,根据多体系统理论和齐次坐标变换矩阵,建立球头刀三轴数控铣削空间误差模型,将机床综合误差变换到球头刀刀心的位置上。最后,根据球头刀铣削工件表面成形原理,建立消除机床综合误差的刀心曲面,实现三轴数控机床几何与切削力综合误差的补偿。

摘要：上甑是白酒酿造的关键工序,为解决传统白酒酿造上甑过程中劳动强度大、酒质及产酒率不稳定等问题,依据上甑过程的工艺要求及标准,设计了一种双工位旋转式上甑机器人。该机器人采用3个旋转关节和撒料器实现上甑铺料的平面定位,平移关节实现撒料高度的控制。对机器人的正、逆运动学进行了解析求解和验证,采用Monte⁃Carlo法模拟了上甑机器人的工作空间;基于有限元方法对关键部件进行了强度及模态分析。通过物理试验样机的现场测试,表明样机上甑相比于人工上甑的出酒率提高了10%左右,尾酒度数降低了5°~7°,有效提高了上甑的效率,验证了设计的可行性。模拟仿真与样机测试结果表明:文中上甑机器人的结构及功能满足设计要求,可为上甑机器人的设计及后续性能优化提供参考。

摘要：软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。