摘要：为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人。通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性。根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位。在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响。研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合。结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现。为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案。

摘要：弹性支撑是保证热力耦合载荷作用下结构有效承载的一种支撑设计方案,可以在满足结构刚度设计要求的同时有效降低结构内的应力集中,保证结构的热变形协调.从理论分析与数值计算两个方面,研究了热力耦合载荷作用下结构的弹性支撑优化设计.首先以弹性支撑梁模型为例,通过给出热力耦合载荷下应力计算的解析表达式,从理论上说明弹性支撑对结构应力峰值的影响,阐述了弹性支撑的承载与热变形协调的双重效果.在此基础上,提出了解决该类问题的弹性支撑通用优化数学模型和拓扑构型优化方法,通过数值算例与优化结果展示了方法的有效性.

摘要：框架式模具是热压罐成型复合材料壁板类构件的关键工装,框架式模具的整体刚度、温度均匀性对于复合材料构件的成型质量具有重要影响。以某壁板构件所用的框架式模具为研究对象,以提高模具整体刚度和温度均匀性为目标,采用拓扑优化方法对模具结构进行了优化设计。在此基础上,进一步开展了优化设计后模具与初始模具的性能对比,对两种模具分别进行了静刚度计算和温度场计算。结果显示与原始模具相比,优化设计后模具整体结构减重16.04%(支撑结构减重33.6%),变形减小了27%,升温过程中模具型面最大温差减小了29%,验证了该优化设计方法的有效性。此外,加工了优化后的缩比尺寸模具,开展了热压罐加热过程中的模具型面温度测量,测量结果显示优化后模具具有良好的温度均匀性,并且通过实验验证了仿真计算结果的有效性。

摘要：针对惯性载荷作用下的结构拓扑优化设计问题,基于结构整体柔顺度的灵敏度计算公式的推导,阐述了此类问题目标函数的非单调特征;根据载荷与单元刚度的设计相关性,分析了多种材料插值模型对优化结果和迭代过程的影响.在此基础上,提出可变参数的RAMP模型,对不等式体积约束和纯自重作用下的拓扑优化问题,通过稳定的优化迭代过程得到逼近理论最优解的优化结果.理论分析和数值算例表明,设计相关惯性载荷导致结构柔顺度的灵敏度不再永远为负值,即柔顺度不再是单调减函数;惯性载荷作用下拓扑优化结果并不总是达到体积约束上限,即材料用量越多结构刚度未必越大;已有的ESO和MP类优化方法的优化结果存在明显的区别,而选择适当的材料插值模型能够很好的将两类优化方法的结果统一起来.

摘要：温度曲线是复合材料热压罐成型的重要工艺参数,对成型时间和构件的固化质量有着直接影响。对温度曲线进行合理的优化设计,可以实现对固化时间与固化质量的协同控制。本工作基于复合材料固化成型模拟计算方法,针对复合材料C形构件开展固化成型的数值预测,预测结果与实验测试结果吻合较好,验证了计算方法的合理性;在此基础上,考虑成型时间与固化质量的协同控制,采用实验设计(DOE)与粒子群算法集成的优化策略开展复合材料C形构件的固化温度曲线优化设计,并对优化结果进行实验验证。结果显示通过温度曲线优化设计,在满足固化均匀性、固化程度与固化变形约束的同时,可以有效减少成型时间,两个优化算例的成型时间分别减少了64%和45%。

摘要：针对上肢外骨骼机器人对使用者腰背产生过重负荷的问题,设计了一种主被动结合的上下肢一体化助力外骨骼机器人,利用无源下肢外骨骼来承担部分负荷。基于助力外骨骼应用场景和人体结构特征分析,建立外骨骼机器人的机械结构模型,完成运动学仿真分析,验证了模型的合理性。为解决外骨骼机器人效能评估问题,提出一种模糊综合评估模型,详细介绍了外骨骼机器人的效能评估方法,评估结果为性能良好。研制外骨骼机器人样机,搭建总体控制系统,开展助力性能和负重性能测试实验。实验结果表明,所设计的上下肢一体化助力外骨骼机器人可承受20 kg的负载且对穿戴者提供一定的助力效果。所提出的模糊综合评估模型,为外骨骼机器人的优化设计提供了方向和理论依据。

摘要：空腔流动现象广泛存在于各类航空飞行器中,对其包含的多种复杂物理现象的研究具有十分重要的工程及实际意义。采用大涡模拟方法对开式空腔噪声进行数值仿真,并研究了腔体前缘壁面施加高频振动后对腔体内部纯音噪声及模态的影响。研究发现随着壁面振动频率的提高,腔体内部的纯音噪声峰值逐渐降低,当腔体前缘壁面振动频率达到4 000Hz时,腔体内部1阶与2阶模态的纯音噪声峰值分别降低15dB和17dB。因此在腔体前缘壁面施加高频振动能显著地降低腔体内部的纯音噪声,为扩展开式空腔的工程应用奠定了良好的理论基础。

摘要：为了减小振动与噪声,提出了以承载传动误差幅值最小为优化目标的修形齿面设计方法:通过两段曲线与一段直线分别设计齿廓、齿向、三维修形(齿廓与齿向修形的叠加)修形曲线,通过三次B样条拟合了相应的修形曲面,与理论齿面叠加构造了斜齿轮修形齿面,推导了其法矢,将斜齿轮修形技术与承载接触分析技术结合起来,采用遗传算法对修形曲线参数进行优化,编制了一套齿面修形优化分析程序,能对修形后的斜齿轮副进行齿面接触分析(TCA)、承载接触分析(LTCA).结果表明:无修形齿轮副的传动误差幅值随载荷增加而增大,修形后随载荷的增加重合度逐渐增大,幅值会产生波动,然后保持稳定,为斜齿轮修形齿面优化设计提供了新的方法.

摘要：模态局部化现象由诺贝尔奖获得者ANDERSON于1958年发现,对理解在紊乱固体中的电子传递过程具有重大意义,是固态物理领域的重要发现。近些年,模态局部化现象开始应用于传感器设计。模态局部化传感器以不同谐振器之间的幅值比作为输出量纲,实现了超高灵敏度的测量。揭示了振幅比与振动系统结构之间的关系,解释了如何提高模态局部化传感器的灵敏度。并通过典型的模态局部化传感器设计案例,给出了模态局部化传感器的设计规则。

摘要：将压电陶瓷驱动器和柔性铰链四杆放大机构融为一体,设计了结构紧凑的微扑翼驱动装置,并采用粒子群算法完成了微扑翼驱动装置结构参数优化设计;采用拉格朗日方程来建立微扑翼驱动系统动力学模型,对动力学性能进行了仿真研究.研究结果表明:采用正弦驱动电压,微扑翼驱动装置可以实现稳定扑打运动,另外,采用标准正弦驱动电压,在某一频段微扑翼驱动装置能实现高效扑动,而且通过调整驱动电压幅度能够控制扑动幅度.该研究为微扑翼飞行器运动控制奠定了基础.