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。     

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。     

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。     

钎焊温度对316L/AuSi/NiTi接头界面组织与力学性能的影响

采用AuSi共晶钎料成功实现了316L不锈钢和NiTi形状记忆合金的连接.使用扫描电子显微镜和能谱仪等分析测试手段对不同钎焊温度下获得的接头界面组织进行了分析.结果表明,316L/AuSi/NiTi接头典型界面微观组织为316L/(Fe,Cr)₅Si₃/Au(s,s)+Ti₁₄Ni₄₉Si₃₇(+Si)/Ni₄Si₇Ti₄+NiSiTi/NiTi.随着钎焊温度的升高,316L不锈钢侧(Fe,Cr)₅Si₃层逐渐形成并变厚,NiTi合金侧的NiSiTi层先增厚后减薄,钎缝中的硅含量逐渐减少.剪切试验表明,当钎焊温度为600℃、保温时间为30 min时,钎焊接头的抗剪强度最高为34 MPa.接头的断裂路径分析表明,接头沿钎缝中的固溶体发生断裂.     

弹簧指数对镍钛合金弹簧缓冲吸能能力的影响

形状记忆合金(SMAs)弹簧具有大应变可逆变形能力,在吸能缓冲和振动控制等领域具有重要应用潜力。本工作研究了弹簧结构设计对镍钛SMAs性能的影响规律。采用冷拉拔和退火相结合的方法制备直径1.2mm的Ti-52.5at%Ni合金丝,并通过室温下芯轴绕制成型和高温退火相结合的方式制备弹簧指数C分别为6.0、7.7和9.3的弹簧,通过测试合金丝和弹簧的超弹性曲线研究弹簧结构的吸能性能。研究表明,基于弹簧的超弹性变形过程,室温(298K)下3类弹簧在120 mm的最大位移幅值下单位体积吸能分别为4618、2225和1143 kJ/m³,弹簧指数C为6.0的弹簧吸能能力最优。318K下,弹簧处于完全奥氏体态,弹簧指数C为6.0的弹簧单位体积吸能(6662kJ/m³)是同等载荷(47 N)条件下合金丝(34.7 kJ/m³)的192倍。同等条件下,弹簧结构具有比合金丝优异的吸能能力。因此,超弹性SMAs弹簧在缓冲减振结构上具有良好的应用前景。     

基于超弹性形状记忆合金的钢结构抗震研究进展

提高城市强震后恢复韧力(resilience)是新一代结构抗震研究的重点,而结构自复位则是实现功能可恢复的主要方式之一。随着材料科学的发展,形状记忆合金(SMA)在高性能结构设计中得到应用。以钢结构被动抗震领域为对象,从SMA基本元件、构件、结构体系三个层面进行阐述,对最新研究进展、机遇与挑战进行分析与总结。元件层面,对SMA丝材、棒材、绞线、螺旋弹簧、碟形弹簧和环形弹簧的基本特性和应用潜力进行了阐述,分析其承载力、变形、自复位及耗能能力等;构件层面,总结了SMA阻尼器、支撑、梁柱节点以及隔震装置的构造形式、工作机理与力学性态;在此基础上,分析了SMA支撑钢框架与SMA节点钢框架的体系构造、动力响应规律、耗能机制、自复位机制和变形协调特征,以及目前研究存在的不足,以期为SMA在结构抗震领域进一步的实际应用提供参考。     

形状记忆合金-弧面摩擦复合阻尼器设计与分析

提出了一种兼具自复位、变摩擦和高耗能于一体的新型形状记忆合金-弧面摩擦复合阻尼器,该阻尼器由形状记忆合金复位装置和变摩擦耗能装置两部分组成。基于Brinson模型和摩擦学建立了该阻尼器的恢复力模型,并利用Simulink对其力学性能进行了数值模拟。研究结果表明:所建立的恢复力模型能够很好地描述该阻尼器的力学性能;随着位移幅值的增加,阻尼器的耗能能力逐渐增大,加载频率对其耗能能力影响不大,在建筑结构中能够保持稳定的耗能特性,具有一定的工程应用前景。     

一种新型形状记忆合金阻尼器

本文利用奥氏体状态记忆合金丝超弹性性能,设计了一种新型形状记忆合金阻尼器,分别从记忆合金材料一维本构模型和合金丝超弹性分段线性恢复力模型两个角度建立了阻尼器的理论模型,并通过性能试验研究,得出如下结论:SMA阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的近似于双线性的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力;验证了理论模型的正确性;SMA阻尼器具有良好的抗腐蚀和抗疲劳特性,工作性能稳定。