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。     

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。     

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。     

不同直径NiTi形状记忆合金丝的相变和超弹性特性

研究了直径0. 25、0. 35和0. 45 mm的Ni Ti形状记忆合金丝的显微组织、马氏体相变和超弹性行为。研究发现:经400℃退火10 min后直径0. 25、0. 35和0. 45 mm冷拔Ni Ti丝的晶粒大小分别约为50、80和100 nm。随着合金丝直径的增大,马氏体相变温度升高,相变潜热增大。退火后的Ni Ti记忆合金丝在拉伸载荷作用下均具有优异的超弹性;随着合金丝直径的增大,最大超弹性应变量增加,诱发相变的临界应力先减小后增大。直径0. 35 mm的Ni Ti形状记忆合金丝的综合性能最优。     

NiTi形状记忆合金超声波焊接温度场数值计算与分析

NiTi形状记忆合金因具有优异的超弹性、形状记忆效应而被广泛应用。超声波焊接作为一种固相连接技术，在NiTi合金薄片材料的连接方面具有一定的优势，由于超声波焊接方法具有瞬时性且焊接过程十分复杂，所以难以通过试验观察的手段来研究其连接机理。针对NiTi形状记忆合金超声波焊接过程中温度难以监测的问题，采用ANSYS有限元分析软件建立NiTi合金的超声波焊接二维有限元分析模型，探究了超声波振幅对焊接温度场分布的影响规律，搭建热电偶测温平台采集焊接试验过程的温度数据对模型进行验证，结合数值模拟结果，分析了NiTi合金超声波焊接的连接机理。结果表明，焊接温度场与振幅呈正相关，在固定焊接条件下，振幅每增加5 μm，焊接最高温度约提高45℃。经试验测定，模拟结果与试验数据吻合较好，最高温度仅相差4℃，误差不超过最高温度的3%。将试验结果与模拟结果相结合，NiTi合金的超声波过程中铝没有熔化，接头为固相连接。