形状记忆合金驱动的连续跳跃柔性机器人

针对在复杂、狭窄的非结构化地形下跳跃机器人存在的着陆稳定性和运动连续性的问题,提出了一种形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)智能材料驱动的柔性跳跃机器人,它具有轻质小型、结构简单及连续运动的优点。利用对称的折纸柔性身体减少着陆振动,保证着陆稳定;利用对称的双SMA弹簧拮抗系统实现弹性元件交替变形和储能释能的功能;建立了柔性机器人跳跃运动的理论模型,研究了关键结构尺寸对能量储存和跳跃性能的影响机制,并研制了一款尺寸为6 cm×4 cm×2.5 cm、质量为3.8 g的原理样机。实验结果表明:柔性机器人依靠SMA驱动能够实现跳跃触发和形态恢复,最大跳跃高度和远度分别为8.67 cm和18 cm,并且可以适应不同工作面。该机器人跳跃性能优越,控制顺序简单,可为非结构化地形下完成侦察探测工作奠定基础。     

高熵形状记忆合金的研究进展

高熵形状记忆合金是在等原子比NiTi合金的基础上,结合高熵合金的概念,逐渐发展起来的一种新型高温形状记忆合金。近年来,已开发出了综合性能优异的(TiZrHf)50(NiCoCu)50系和(TiZrHf)50(NiCuPd)50系高熵形状记忆合金,引起了广泛的关注和研究兴趣。本文从物相组成、微观组织、马氏体相变行为、形状记忆效应和超弹性等角度出发,综述了高熵形状记忆合金的研究进展,并对高熵形状记忆合金未来的研究重点进行了展望。     

打印参数对电子束增材制造Ti-Ni合金性能的影响

利用SEM、XRD、DSC、TEM和等轴压缩等实验手段,研究和分析了打印参数焦距补偿(FO)和速度函数(SF)对电子束增材制造(EBM)制备的Ti-Ni合金显微组织、相组成、相变行为以及压缩性能的影响。结果表明:EBM打印参数FO和SF在一定范围内调节时均可制备出相对密度较高(97%以上)的Ti-Ni合金样品。由于EBM电子束的功率大,在预合金粉末快速受热熔化过程中,Ni元素的挥发效应大于富Ti相Ti2Ni析出效应对相变温度的影响,使得制备Ti-Ni块体的相变温度大于相应的预合金粉末,而打印参数FO和SF对制备样品的相变温度、相组成以及显微硬度的影响较小。EBM制备过程中在样品内部引入不同种类的缺陷类型,使得TiNi合金样品在相对密度接近的情况下压缩性能表现出极大的差异,其中贯穿型裂纹缺陷对压缩性能的影响最大,使Ti-Ni合金的强度和塑性大幅度降低。     

六边形形状记忆合金蜂窝材料面内变形特性的研究

采用数值模拟方法建立六边形蜂窝材料模型,以形状记忆合金作为基体材料,研究了六边形形状记忆合金蜂窝材料在面内冲击载荷作用下的变形响应特性。重点讨论了冲击速度和温度对变形模式的影响。研究结果表明,在低速和中速冲击条件下,六边形形状记忆合金蜂窝材料表现出均匀的变形模式,温度对六边形形状记忆合金蜂窝材料变形模式的影响可以忽略。     

预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用

预制桥墩体系具有快速施工优势,在非震区、低烈度区中已得到较广泛应用,但因对其抗震性能缺乏充分认识,导致预制桥墩体系在中高烈度区的应用受到限制。该文根据抗震性能的不同,将预制桥墩体系分为"等同现浇"和"非等同现浇"两类,其中"等同现浇"预制桥墩又按照连接形式的不同分为套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、预留槽孔的灌浆连接、承插式连接、现浇湿接缝连接;"非等同现浇"预制桥墩按照有无专门耗能装置可分为两类;系统梳理了每种类型预制桥墩抗震性能的研究现状及典型工程应用。该文重点报道了超高性能混凝土、纤维增强复合材料和形状记忆合金3种高性能材料用于提高预制桥墩抗震性能的研究现状,指出了3种高性能材料用于预制桥墩体系中的合理方式。该文总结出将韧性抗震理念融入预制桥墩体系的两种方法:外置可更换耗能装置和内置机械连接的耗能钢筋,并对采用这两种方法的预制桥墩抗震性能研究现状进行了介绍。基于对预制桥墩体系抗震性能研究成果的整理,作者介绍了预制桥墩体系在更高抗震需求、更高刚度需求、更高使用寿命需求、更高环境保护需求4类桥梁中的应用前景,并指出了这些新应用可能带来的新课题。     

Mg/NiTi复合材料的制备及阻尼性能

采用Mg粉的无压熔渗法制备Mg/NiTi复合材料以提高多孔NiTi合金的强度和阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析Mg/NiTi复合材料的显微组织结构，采用压缩实验分析其抗压强度、吸能能力，采用热机械分析仪分析其内耗和存储模量。结果表明：经Mg粉无压熔渗后，多孔NiTi合金的孔隙被Mg填充，其孔隙率由原来的50.38%下降至5.6%，且Mg与NiTi合金的界面结合良好。多孔NiTi合金主要由B2奥氏体相和B19'马氏体相及少量Ni₃Ti相和NiTi₂相组成；Mg/NiTi复合材料除增加了熔渗的Mg相外，还新生成了Mg₂Ni相。Mg的渗入未改变多孔NiTi合金相变行为，但提高了相变温度。Mg/NiTi复合材料的抗压强度可达554 MPa，较多孔NiTi合金提高了61%，压缩断裂方式也由多孔NiTi合金的孔壁崩塌断裂转变为Mg/NiTi复合材料的剪切断裂。Mg/NiTi复合材料的吸能较多孔NiTi合金有大幅提高。同时，Mg/NiTi复合材料的内耗值有所增加，而存储模量大幅提高，整体呈现出更佳的阻尼性能。     

探究SMA丝束驱动器在变体飞行器中的应用

改变机翼厚度可以提高飞行器在不同飞行条件下的升力系数,并降低一定阻力。本文提出了一种新型SMA丝束驱动器,该驱动器利用聚四氟乙烯管和橡胶管将多根SMA丝组成束状驱动器,可以输出较大的驱动力和驱动位移,利用传动机构,实现机翼的厚度调节。同时,本文对变厚度机翼进行了受力分析,提出了SMA丝直径的计算方法,为机构设计提供了理论参考。     

圆盘式磁流变液变面积传动性能研究

提出一种由形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)驱动通过改变磁流变液的工作面积来改变传递转矩的传动方法;介绍了其工作原理,分析了变面积的过程;基于磁路理论,进行传动装置的磁路计算;应用ANSYS软件进行了磁路建模和有限元仿真,得到不同面积比下的磁感应强度分布云图;最后对比分析了不同面积比下传递转矩的能力。结果表明:随着磁流变液的面积比增大,传递的转矩先增大后减小,传动能力得到提升。     

柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金低温压缩性能研究

利用竖直下拉式热型连铸技术制备柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金,其马氏体相变结束温度(Mf)在-50℃以下,柱状晶生长方向为轴向。在温度低于Mf时,对普通多晶、平行于柱状晶方向和垂直于柱状晶方向的试样分别进行单向压缩试验,并进行金相组织观察与断口形貌分析。结果发现,柱状晶Cu-Al-Be合金杆件组织结构为类似于贝壳的仿生结构且断裂形式相似,垂直于柱状晶方向的试样塑性最好,断裂前吸收能量最高,综合性能最好。