摘要：建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环失稳的独特现象;动力学分析表明,环形弹性杆抗扭的变形模态和突跳翻转的时机不但依赖于其几何及材料性质,而且和扭转速度相关。据此,提出了一种单自由度功能-结构一体式机构,可通过环形弹性杆的扭转产生复杂的波浪形运动并被应用于仿生机器鱼的运动驱动中。与传统的机构相比,环形弹性杆机构结构简单,易于控制,在软体机器人设计中具有良好的应用前景。

摘要：ZN-37特种阻尼硅橡胶是一种能够消耗并储存振动能量的黏弹性阻尼材料,广泛应用于航空航天等领域的高精密减振结构中。在对基于ZN-37特种阻尼硅橡胶的减振结构进行分析与设计时,充分表征材料的黏弹性力学行为以及精确描述其本构关系显得尤为重要。依据Zener修正模型,将ZN-37特种阻尼硅橡胶的黏-超弹性本构模型分解为超弹性本构模型与黏弹性本构模型并联耦合的系统。通过标准试样的准静态拉伸试验与应力松弛试验,获得了本构模型中的材料参数,并采用不同加载速率下的准静态拉伸试验验证了本构模型的可靠性。所建立的黏-超弹性本构模型能够较好地反映ZN-37特种阻尼硅橡胶在低加载速率下的力学特性。

摘要：微尺度聚合物熔体流动具有明显的尺度效应,模具温度和注射速率是微注塑充填流动的关键影响因素。文中采用微细电火花铣削技术设计分别制造了一模八腔的带有200μm和300μm微孔的注塑模具。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺实验,研究了模具温度和注射速率对直径为200μm和300μm微圆柱充填高度影响规律。结果表明,当模具温度为30℃和注射速率为60%时,直径200μm微圆柱孔的充填高度小于直径300μm微圆柱孔的充填高度,且Ⅰ型腔的微圆柱充填高度大于Ⅱ的充填高度。随着模具温度升高和注射速率增加,2种微孔充填高度差在减小,Ⅰ型腔和Ⅱ型腔之间的充填高度差值也在减小。可见,升高模具温度和增加注射速率可以减少微尺度效应对微圆柱孔充填高度的影响,同时,还可以减小流动不平衡程度。

摘要：针对微流系统中液滴精确操控的问题,本文基于能量最低原理和正交实验设计,对比分析了交流电压、介电层厚度、交流电频率等因素对氯化钠液滴在派瑞林薄膜表面电润湿行为的影响。经理论分析与实验测试,结果表明:在同一厚度的派瑞林薄膜表面,接触角会随着交流电压的增加呈抛物线减小的变化趋势,直至趋于饱和;薄膜厚度在0.5~5μm范围内变化时,饱和电压会随着厚度的增加成线性关系逐渐升高,由25增至65 V;当交流电频率由50增至500 Hz时,饱和电压会随着频率的升高而呈反比例函数关系逐渐降低,不过升高交流电频率,氯化钠液滴的三相接触线处会诱发动力学失稳;而当氯化钠液滴的固有频率与交流电频率比较接近时,液滴会在派瑞林薄膜表面引起共振。

摘要：在大背景中微小目标的视觉检测中,传统的机器视觉系统按照预先设定的采样频率与固定的分辨率采集和处理图像,存在大量的冗余数据。为了有效去除冗余数据,基于人类视觉预注意机制设计了一种选择性成像机器视觉系统,将视觉处理过程划分为并行的预注意初级处理阶段与串行的高级处理阶段;同时模仿人类视觉注意机制,提出了一种基于视觉熵的视觉预注意算法;系统并行地获取并判断图像是否可疑,然后仅将少量可疑图像传送至主机串行的进行精细目标识别。试验结果表明,本系统显著地减少了图像处理的数据量,可疑图像识别算法快速有效,提高了系统检测效率和精度。为大背景中微小目标的机器视觉检测提供了一条新途径。

摘要：针对微流体流量测量难度大且精度不高的问题,本文基于压阻原理设计了一种悬臂梁结构的仿生纤毛微流量传感器。本文首先对比分析了现有热线式、压电式和压阻式微流量传感器的优缺点,基于压阻式传感器的应变与阻值之间呈现线性关系的优点,选择压阻应变原理设计微流量传感器;其次,通过有限元数值分析方法确定了微流量传感器最佳仿生纤毛的阵列规模、直径、高度和悬臂梁长度等参数;然后,采用微液滴限制电沉积(Meniscus Confined Electrodeposition,MCED)方法制备了仿生纤毛阵列,并制作了微流量传感器;最后,通过自主设计的实验装置进行验证,结果表明,该传感器可以对大于0.4 m/s的微流速进行灵敏感应并准确测量,且传感器对流体流速测量的非线性误差为2.84%。该仿生纤毛应变式流量传感器在微流量测量领域具有广泛的应用前景。

摘要：设计了一种基于柔性压电复合材料薄膜传感器的无线测量系统。系统主要包括压电薄膜传感器、接口电路模块、AD采集模块、数据处理模块和无线传输模块。压电薄膜传感器将结构振动信息转换为压电信号,系统对压电信号进行放大、采集、无线传输和接收。提出了通过系统采集电压反解结构应变的方法,推导了压电信号的传递函数,建立了系统采集电压与应变的关系,因此可基于系统采集的电压反解出结构振动的频率和应变幅值,从而实现结构应变测量。实验结果表明,该系统对结构的振动频率和应变可实现精确测量。且该系统的无线测量距离可达40 m,因此,其能部分替代传统的有线测量系统,具有广阔的工程应用前景。

摘要：为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。

摘要：对软体机器人的无系留驱动方式探索是当前软体机器人领域一个重要的研究方向,但当前的无系留软体机器人驱动,大都需要交替改变环境条件来实现定向驱动,为此,本文提出一种能够在恒温环境下由湿度驱动的无系留软体轮式机器人,基于硫酸纸和Ecoflex⁃0030的温湿度效应形变机理,实现了对其在稳定的温度环境中定向滚动控制。将硅胶材料Ecoflex⁃0030涂布在硫酸纸上制成双层材料,基于该材料剪切而成的4个软体驱动叶片粘贴在滚轮上,通过在温、湿度环境下4个软体驱动叶片的可控形变,实现对轮式结构主动推进的控制。研究了硫酸纸的形变机理,给出了车轮叶片尺寸、驱动力矩的设计,并对机器人的动力学进行了建模分析,制作了实物样机并对其进行了滚动测试。实验表明:从给定驱动叶片初始状态,车轮在55 s内运动了约85 mm,进一步,通过将驱动叶片交错相位布置的两个驱动轮串联联接,制作成两轮驱动小车,验证了设计的可行性。该研究成果对设计新型温湿度控制的无系留软机器人和软机器的设计具有重要意义。

摘要：根据第三代核电技术AP1000中非能动堆芯冷却系统对低压差开启止回阀的技术要求,针对现有旋启式止回阀的结构特点及其在反向压力高、流速快的工况下易发生撞击,引起阀瓣损坏和产生较大噪声的缺点,设计了一种新型梭式结构止回阀。介绍了该阀的基本结构和工作原理;分析了阀内部的湍流特点和基于Reynolds平均法的湍流时均控制方程,并运用计算流体动力学软件中的不可压缩流体流动的标准k-ε模型对梭式止回阀进行了数字仿真;提出了以压力损失最小为目标,对支承架开设泄流孔、减少阀体直径突变和在阀芯增加外弧面的结构优化方案,仿真结果表明优化后压力损失减小了21%。