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。     

翼面热颤振的分区协调耦合推进时域研究

提出了基于分区协调耦合推进的翼面热颤振时域研究方法，其中气动力和气动热采用有限体积法求解，且流场空间离散采用AUSM+格式，而结构温度场采用有限元法求解。采用模态叠加法进行结构瞬态响应的求解，在耦合面上采用基于虚拟空间的插值方法进行耦合变量的传递。研究了高超声速翼面的热颤振问题，获得了不同马赫数下的翼面温度场分布。根据“频率重合理论”获得了热环境下翼面一阶弯曲和一阶扭转频率的相互靠近导致了翼面临界颤振速度下降的结论。     

预压力对压电驱动履带移动系统的性能影响

为了提高夹心式压电驱动移动系统的机械输出性能，提出了一种U型预压力调节机构，并开展了预压力对夹心式压电驱动履带移动系统输出性能影响关系的实验研究。首先，针对U型预压力调节机构的安装对夹心式压电振子的振动特性影响关系开展了有限元仿真分析，发现U型预压力调节机构始终处在夹心式压电振子的两相工作模态振动节点位置；其次，开展了夹心式压电驱动履带移动系统的原理样机的预压力调节测试实验，确定了系统的最大输出牵引力及其所对应的最佳预压力；最后，在最佳预压力工作状态下，开展了原理样机的牵引力特性、越障性能以及模拟月壤环境下的运动特性实验。研究结果表明，在最佳预压力工作状态下，夹心式压电驱动履带移动系统的机械输出性能最佳，为其进一步在月面巡视器上的应用提供了技术支持和试验基础。     

桁架式火星探测器的着陆缓冲特性分析

着陆缓冲机构是着陆器实现行星探测软着陆的关键部位之一,它的缓冲性能直接关系到着陆器是否能安全地在行星表面实现软着陆。根据某院提供的火星着陆器模型,在三维建模软件中建立着陆器的合理简化模型,为了提高分析着陆器软着陆过程冲击响应的准确性,采用MSC公司的Patran/Dytran有限元软件,用瞬态动力学的方法对着陆器的缓冲性能进行分析。仿真结果与试验数据十分吻合,着陆器的缓冲和传力性能良好。因此,采用拉杆缓冲的桁架式火星着陆器是可行的,仿真结果与试验数据也为今后的火星探测提供了参考。     

各向异性碳纤维复合材料的方向性涡流检测

根据碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)的层合结构和电各向异性,提出一种基于A-Φ(矢量磁位-标量电位)的电磁有限元数值分析方法。采用COMSOL多物理场仿真软件对数值方法实现并建立各向异性复合材料层合板分析模型,利用仿真得到感应出的涡流密度在平面和厚度方向的分布规律,以及复合材料板铺层方向、裂纹缺陷以及激励电流频率对涡流线圈阻抗幅值和相位的影响,并通过实验进行了验证。结果表明,一定范围内裂纹缺陷越大、频率越高,线圈阻抗变化就越大,涡流检测效果更好,且正交铺层复合材料板的检测效果明显优于单向铺层复合材料板。     

多工作模式压电直线电机的设计与研究

提出了拥有多种工作模式的新型非共振式压电直线电机。对电机的核心部件定子结构进行了设计与建模,分析了其在3种工作模式(连续作动模式、交替步进模式以及单步作动模式)下的作动机理。对电机的布置形式、夹持机构以及预压力机构进行了设计与研究,利用有限元软件辅助分析了结构的机械强度。制作样机并分别在3种工作模式下进行了一系列实验。实验结果证明了多工作模式的可行性:在连续作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的正弦信号,电机输出速度为446.4μm/s;在交替步进作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的方波-三角波信号,电机输出速度为6 031μm/s;在单步作动模式下,电机作动单步步距小于同等条件下交替步进模式步距,当施加电压为30V、频率为1Hz脉冲信号时,其平均步距约为333.33nm。新型直线电机可以适应多种不同场合的工作需求。     

基于子系统的非线性时变系统辨识方法

针对非线性时变系统提出一种基于子系统的辨识方法，用于时变多自由度（multiple degree-of-freedom，简称MDOF）系统中非线性的定位和估计，并且无需关于系统的先验知识。所提出的新方法提供一个连续时间模型，MDOF系统按照自由度被分解为不同的子系统。设计正交化算法和误差减小率（error reduction ratio, 简称ERR），可以确定子系统中质量和自由度之间的线性及非线性连接的所有信息。在辨识过程中，时变参数的时间表达式可以由新方法准确给出。用一个3自由度（degree-of-freedom, 简称DOF）集中质量系统和一个机械臂结构的辨识过程为例，对所提出的方法进行验证。由于简单性及高效性，此方法将在实际工程中取得广泛的应用。     

轴向预压缩双晶片动力学模型与特性分析

基于夹层结构是非常理想的抗爆炸冲击、弹道侵彻的轻质结构材料，制备了双层K-cor夹层结构试样。首先，采用一级轻气炮系统实验研究了双层K-cor夹层结构的高速冲击响应；其次，建立了双层K-cor夹层结构的有限元模型模拟了高速冲击过程，并利用该模型分析了高速冲击过程中的能量吸收和破坏模式；最后，讨论了结构的变化对于高速冲击性能的影响。结果表明：双层K-cor夹层结构相比单层结构的弹道极限速度提升了8.3%，模拟结果与实验值吻合较好；双层结构的优势在于更多界面在冲击作用下导致的吸能机制增加；提高Z-pin植入密度能够切实有效地提升K-cor的高速冲击性能。     

超分子作用阻尼材料的动态力学模型修正

为提高飞机起落架载荷实测精度，以支柱式起落架结构为研究对象，探讨处理其载荷标定数据的工程方法。首先，对实际受载情况和单向加载工况标定数据的分析，挖掘出三向载荷、缓冲支柱压缩行程与应变码值间的数学关系，将预测的数学关系代入到多向工况的标定数据中，验证了它们的准确性;其次，根据两种标定数据回归方法，提出了对应使用的支柱式起落架载荷-应变标定方程的数学模型;最后，将两种标定方程代回到标定数据中，计算起落架三向载荷，所有反算载荷的误差均在可控范围内，表明标定方程满足精度要求。将标定方程代入实测数据中，实测曲线符合变化规律。该处理方法的应用能有力提高支柱式起落架的起飞-着陆载荷实测和载荷谱编制的准确度。     

不对称信息下热电联产供热政府定价决策研究

热电联产是目前已商业化、效率最高的科学用能方式，由于信息的不对称性，政府针对供热企业申报成本做出误判的情景是广泛存在的。在政府热价定价存在不对称信息的情况下，通过构建政府、供热企业和热用户之间的信号博弈模型，兼顾供热企业和热用户的双方利益，发现政府供热定价的决策机制以及影响因素。研究表明： 政府与供热企业的博弈将达到三种均衡状态： 市场部分成功的混合均衡、市场完全成功的分离均衡、市场完全失灵的分离均衡。市场完全成功的分离均衡状态是政府热价决策的最优状态，通过实际案例研究发现该均衡的关键条件是提高伪装风险成本和期望风险成本，同时从多个角度提出对策建议，进一步规范热电联产行业热价的制定，确保供热企业和热用户的合法权益，以促进热电联产的积极推广。