摘要：为了提高1P3R型柔性测量臂的检测精度,提出了一种自适应误差标定方法来完成它的参数标定和误差补偿。首先,基于RPY理论建立柔性测量臂的运动学模型并应用微分法推导了误差模型。然后,基于马尔柯夫链收敛性理论进行实数编码;在遗传算法(GA)中引入自适应控制算子,提高了父代种群的多样性和最优个体变异数量;最后,对比分析了归一化GA、一般GA和最小二乘法等3种算法的误差标定精度及其收敛性,验证了所提出方法的有效性和可行性。结果显示:归一化GA仅用328代寻优计算,其精度达到5.2μm,收敛速度是一般GA的2.3倍且精度提高了3.1μm;最小二乘法经20次迭代计算后停止收敛,精度仅为18.4μm。实验结果表明:归一化GA具有收敛速度快、标定精度高和收敛稳定性好等明显优势,更易于实现该类测量机的高精度检测。

摘要：为了提高3-RRRU空间刚柔耦合并联机构的轨迹跟踪精度,提出了一种基于瞬态刚体校正法的逆动力学模型求解方法来构建该机构的非线性控制策略。首先,利用自然坐标法和绝对节点坐标法建立该机构的非线性逆动力学模型,它考虑了各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并能描述柔性梁的大范围非线性弹性变形。然后,通过分析刚柔耦合动力学模型在求解过程中出现的相容性问题,结合自然坐标法与理想运动学模型,提出了瞬态刚体校正法并求出逆动力学模型的稳定数值因果解。最后,基于该数值解构建并联机构的非线性控制策略,通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。仿真与实验结果表明:逆动力学方程组的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8;与刚性并联机构的控制方法相比,该方法在圆形轨迹下的最大跟踪误差降低了0.465mm,圆度误差降低了0.416mm。结果表明:该求解方法解决了闭链机构多体动力学方程的违约问题,有效地改善了系统的综合收敛性能,所构建的控制策略提高了并联机构的轨迹跟踪精度。

摘要：关节软骨是关节表面具有弹性的承重组织,其结构复杂,由固体相和液体相组成.固体相包括胶原纤维、蛋白多糖等,属纤维增强型复合结构;液体相包括水、电解质等.关节软骨提供了一个低磨损和低摩擦的光滑界面,起缓冲振动和传递载荷等支撑作用.由于膝关节承受的运动量大、应力高,关节软骨损伤在临床上较为常见.但软骨内没有血管,代谢缓慢,其损伤后难以实现自我修复.组织工程从理论上建立了一种治疗软骨缺损的理想方法,但尚未成为临床上常规的治疗选择.如何获得结构和功能相匹配,同时适用于临床治疗的工程软骨,至今仍是亟需解决的问题.在体外构建功能化工程软骨,关键在于运用生物反应器对组织施加合适的力学载荷:首先保证工程软骨复合体内信号分子、营养和废物的有效运输;其次对支架内种子细胞产生特定的力学刺激;同时促进细胞外基质结构与功能的适应性发展.本文对力学载荷在软骨组织工程构建中的应用进展加以综述:按照作用于组织层面的力学载荷传递所需的介质属性,将其分为液体介导、固体介导和其他媒质介导三种类型,重点关注不同载荷对工程软骨功能化构建的作用和效果;分析讨论软骨组织工程构建中存在的关键生物力学问题;总结和展望软骨组织工程未来的发展趋势.软骨组织工程体外培养需要考虑力学载荷和生化刺激的耦合作用;在合适的生化条件下进行滚动、滑动和压缩复合加载,将有利于工程软骨的体外功能化构建.

摘要：为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。

摘要：针对可重构机器人单元模块结构及对接机构的局限性,提出了一种可移动重构机器人模块单元,该单元具有12种连接方式,设计了一种独特的正弦加速度传动槽与插销组合的对接锁紧机构。针对可重构机器人几何构型参数的不确定性问题,构建双模块空间方位变换表,基于递归牛顿-欧拉方法提出多支链机器人系统的动力学方程自动生成方法,并给出自动生成的算法流程。最后以6个模块组成的双支链构型为例,进行了自动生成动力学方程的计算与仿真分析,验证了该自动建模方法的可行性和有效性。

摘要：为解决目前高速机构存在的高速与高精度之间的矛盾,研究了高速并联测量机的柔性问题。应用弹性梁运动学理论和Galerkin模态截断法推导了一维弹性梁运动学变形位移模型;以欧拉-贝努利梁为假设,应用Hamilton原理建立了考虑中线变形的柔性结构耦合动力学模型。最后,基于中线耦合动力学模型,测试了不同速度下弹性振动产生的误差,提出了通过调节黏滞摩擦系数来降低振动耦合误差,进而提高测量精度的方法。基于仿真实验验证了提出方法的有效性和可行性。结果表明：在忽略结构误差前提下,角速度为300rad/s时产生的横向一阶振动耦合误差最大值为28.6μm;合理调整黏滞摩擦在0.4-0.5时,振动耦合误差降低至15μm以内,相比调整前误差降低了13.6μm。提出的方法为进一步解决高速与高精度之间的矛盾和研究高阶弹性振动与精度的耦合机理提供了理论基础。

摘要：目的获得不同加载条件下关节软骨的棘轮应变,建立预测棘轮应变的理论模型,并对软骨的棘轮应变进行预测。方法将猪股骨远端滑车部的新鲜关节软骨作为研究对象,采用非接触式数字图像技术,测试循环压缩载荷下关节软骨的棘轮应变;建立预测棘轮应变的理论模型,对不同应力幅值和加载率下软骨的棘轮应变进行预测,并比较预测结果与实验结果。结果随循环圈数的增加,软骨的棘轮应变先快速增长然后趋于稳定;定加载率下,软骨的棘轮应变随应力幅值的增大而增大;定应力幅值下,棘轮应变随加载率的增大而减小。实验结果与建立的理论模型预测结果吻合良好。结论关节软骨的棘轮应变与应力幅值成正比,与加载率成反比。建立的理论模型可以预测软骨的棘轮行为,同时为组织工程软骨的构造提供指导。

摘要：目的研究软骨在压缩载荷作用下的损伤扩展行为和演变机制。方法采用有限元方法建立微缺损的纤维增强多孔弹性的软骨模型,对压缩载荷作用下损伤演化过程进行模拟和参数研究,获得不同损伤扩展阶段软骨基体和纤维的应力、应变分布规律。结果软骨损伤表层和损伤前沿的应变随压缩量的增大而显著增大,两者呈明显的正相关性;在软骨演化过程中同时存在向深层和左右两侧扩展的趋势;软骨中的裂纹和损伤优先沿着纤维切线方向延伸,随着损伤的加剧,软骨横向扩展度明显快于纵向扩展速度。结论软骨损伤演化过程与纤维的分布有着密切的关系,基质和纤维的损伤相互促进,骨演化速度和程度在不同层区和不同阶段存在变化。研究结果可为软骨创伤性退变的预测及修复提供定性的参考,为临床解释损伤退变病理现象和治疗提供理论依据。

摘要：为实现大空间转动弹性梁的高速、高精度平稳控制,首先需解决弹性梁的非线性动力学建模问题,并完成动力学解耦。假设柔性连杆为欧拉-伯努利梁,应用假设模态法进行坐标离散,采用Galerkin法和Hamilton最小变微分原理建立弹性梁柔性动力学模型;基于摄动理论构建正则摄动式,应用多尺度法对摄动式进行改进,对比分析了常规正则摄动法、改进后摄动法的解耦精度,应用四阶Runge-Kutta法验证了所提出方法的有效性与可行性。数值仿真结果表明,改进后的摄动法解耦精度高,解耦误差比常规正则摄动误差降低一个数量级,解决了低阶正则摄动法解耦精度低的问题,避免了采用高阶摄动来提高解耦精度而产生庞大计算量的弊端。

摘要：研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。