空间柔性机械臂三维动力学数值仿真

本文应用ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理，对由基座、（ｎ－１）个柔性连杆及端部负载组成，相互用柱铰连接的柔性链式多体系统进行建模；对在空间技术中，具有一刚杆，两柔杆加上刚性负载所组成的三维机械臂系统，采用Ｇｅａｒ算法进行数值仿真。仿真结果比较符合实际，从而在柔性多体系统的数学模型为刚性常微分方程的情况下，为解决其数值仿真问题，特别是三维问题的数值仿真取得了进展。     

Frequency response function of magnetic bearings using high-temperature superconductor

A high-temperature superconductor YBa₂Cu₃O_7-x with strong pinning force has allowed stable magnetic suspension with no control to be developed. Two types of superconducting magnetic bearings (SMB) using YBCO and permanent magnet were assembled. The two types are radial and axial. The dynamic stiffness of each SMB as it was cooled down under a magnetic field by liquid nitrogen was measured both radially and axially. As a result, it was found that the spring constants of these SMBs were almost as large as a practically desirable value; however, their damping coefficients were lower than the practical level. These findings are useful as one of the data bases for development of an optimum SMB design to support the weight of rotors in an axial direction.     

钢支撑支锚刚度对基坑围护结构的影响研究

为研究钢支撑支锚刚度对基坑围护结构的影响,文章以福州地铁潘墩站深基坑工程为背景,运用控制变量法,通过理正深基坑计算软件对不同钢支撑支锚刚度工况下深基坑进行计算分析,得出不同钢支撑支锚刚度下支护结构最大侧向位移、内力、基坑周边地表沉降及支撑轴力变化规律。研究结果表明:钢管内支撑刚度从200MN/m 2增加到600MN/m 2,钻孔灌注桩侧移量减小,地表沉降量降低,钻孔灌注桩迎土侧弯矩、背土侧弯矩呈减小趋势,钢支撑轴力增大,钢支撑对背土侧地下钻孔灌注桩的约束大于迎土侧。适当增加内支撑刚度可控制周边土体变形。     

立式钻铣床动力头设计与三维造型

多工位钻铣床实现了一台机床对一个零件做不同加工的功能,节省了机床,也缩小了占地面积,同时提高了加工精度和生产率,对工人劳动强度也降低很多。本设计中,钻头的固定采用拉杆式楔形固定,钻头采用套筒及主轴轴面为拉杆的结构,套筒外侧用绝缘胶固定了一个支撑架,钻头的动力由同步齿形带传递到钻头,比起万向轴传递动力要准确且刚性好。动力采用行星轮的传递方式,保证了各工位的同步工作,节省空间,本机构紧凑,各啮合齿轮之间中心距不超过100 mm,因而,用齿轮传动可以满足要求,这样可以用标准件对机床快速装配完工,对缩短加工周期有很大好处。     

多干扰源下热连轧机主传动系统扭振问题研究

针对热连轧机主传动系统扭转振动问题,考虑非线性刚度及阻尼项,建立连轧机在电机谐波干扰及负载谐波干扰下的主传动系统扭转动力学模型。采用多尺度法求解非线性动力学系统的1/2倍亚谐、2倍超谐及组合共振幅频响应方程。以某钢企中1 580 mm热连轧机F2主传动系统为例,分析实际参数下不同非线性刚度、非线性阻尼、电机扰动及线性阻尼对主传动系统亚谐、超谐及组合共振的幅频响应的影响。研究结果为揭示热连轧机主传动系统非线性动力学特性问题机理提供实用参考。     

绳牵引刚柔式波浪补偿并联机构的设计与建模

为了减少海上集装箱货物运输中风浪造成的损坏,提出刚柔混合驱动主动式波浪补偿并联机构. 基于刚柔混合并联机构的动定平台的矩阵旋转原理和几何封闭法建立位置逆解数学模型;利用空间几何原理构建机构位置正解数学模型;利用求导法则对位置逆解进行求导,建立速度雅可比矩阵与加速度的二阶影响矩阵;基于绳子是柔性变形体推导出系统刚度矩阵,探究影响系统刚度的因素和增加系统刚度的原则. 利用数值模拟仿真对运动学和系统刚度进行验证,结果表明位置正逆解的输入输出误差不超过实际误差的2.25%;发现理论仿真曲线和样机仿真曲线较吻合,误差不超过7.4%,验证了运动学模型的正确性;根据刚度矩阵发现刚度影响因素对系统刚度的影响规律. 通过对绳驱动刚柔混合驱动波浪补偿并联机构的实验验证,发现该机构的补偿效果均高于90%. 证明研究结果为刚柔混合主动式波浪补偿并联机构的运动和机构设计提供了理论支持.     

基于裂缝参数的钢筋混凝土预裂梁刚度试验研究

为研究钢筋混凝土简支梁桥跨中开裂后的刚度特性,开展不同裂缝名义损伤比下跨中预裂梁的力学试验。试件为现浇钢筋混凝土预裂梁,考虑了跨中3种不同长度a(a=8、18和26 mm)的预制裂缝。试验研究8 m标准跨径混凝土简支梁不同荷载级别下跨中预裂梁抗弯刚度折减系数k随裂缝名义损伤比λ和裂缝张开度w的演化规律。研究表明,不同试验工况下,k均随λ和w的增加而降低,且k的降低幅度在裂缝长度小于钢筋保护层时变化较小,在裂缝长度接近钢筋高度时快速降低,而在高于钢筋位置后则降幅减缓。在此基础上,提出跨中开裂钢筋混凝土简支梁桥抗弯刚度折减系数的计算公式。研究结果为该类梁桥跨中开裂后刚度性能的准确预测与评估提供了依据。     

冲压-刚度的耦合仿真分析技术

提出冲压——刚度的耦合仿真方法，即用动力显式算法计算冲压，静力隐式算法计算回弹，用动力显式算法计算最终的刚度，给出耦合仿真过程中3个环节的实施过程及其关键技术点。应用本方法对双曲率的盒形件进行了刚度仿真分析，并和试验结果进行了比较，取得了令人满意的计算精度。     

土体硬化模型参数试验研究及其在南昌地区基坑工程的应用

基坑开挖数值分析的关键在于土体本构的选择和计算参数的合理选取,硬化模型（HS模型）是应用较为广泛的模型之一。通过采用GDS空心扭剪试验仪（SS-HCA）和常规固结仪完成大量室内试验,获取了南昌地区软土层的硬化模型参数,对各层土参数中模量之间的比例关系进行探讨,并将试验得到的结果与相关文献的结果进行比较和总结。运用PLAXIS有限元数值计算软件,对南昌某地下室深基坑工程进行数值模拟,土体本构模型采用程序内置的HS模型。结果表明,围护桩深层水平位移的实测数据与数值计算结果基本吻合,表明获取的HS模型参数及方法适用于南昌地区基坑开挖的数值分析。     

Hygroresponsive Torsional Yarns and Actuators Based on Cascade Amplification of the Deformation

Fiber-based hygroresponsive torsional actuators provide desirable merits, such as light weight and shapeability, for developing smart systems to harvest energy from moisture which is a ubiquitous natural resource. A key challenge in this development is to realize moisture-triggered actuation combining large actuation and rapid responses. Here, a multiscale design strategy is explored to create high-performance hygroresponsive torsional actuators consisting of chitosan and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). The superior actuation performance arises from the synergism of contributing factors at different scales, including 1) MWNCTs accelerate the water transport in primary twisted fibers (PTFs), fostering the rotation of PTFs upon moisture stimuli; 2) in situ-formed hierarchically-assembled twists realize cascade amplification of moisture-triggered actuation. Specifically, PTFs are self-twisted to generate secondary helical yarns, that are subsequently over-twisted to yield tertiary coiled yarn. The resultant yarn actuator can reach a maximum rotation speed of 11 400 rpm in 5 s, output gravitational potential energy of 2.4 J kg⁻¹ and gravitational potential power of 0.053 W kg⁻¹ during contraction. This work represents the first design of fiber-based actuators by virtue of moisture-triggered in situ formation of yarns. The established principles of multiscale design will enable high-performance fiber-based hygroresponsive actuators toward advanced intelligent textile and soft robotics.