下肢外骨骼机器人踝关节建模及动力学仿真

下肢外骨骼机器人是一种具有辅助助力和医疗康复功能的智能型机械装置。本文通过对人体踝关节结构分析,设计了被动气弹簧踝关节下肢外骨骼机器人,并建立了被动踝关节力学模型;利用OpenSim获得了正常人行走时一个步态周期髋、膝关节步态数据,将其导入ADAMS对所设计的下肢外骨骼机器人踝关节未加气弹簧和加气弹簧两种模型进行了动力学仿真,通过对两种模型运动曲线对比分析,验证了所设计的下肢外骨骼机器人在步态行走和动力学方面的可行性和正确性。     

铽镓石榴石陶瓷制备及热光性能

铽镓石榴石(Tb_3Ga_5O_(12),TGG)陶瓷具有大的Verdet常数和高的热导率等磁光性能。利用溶胶-凝胶法合成了TGG多晶料,采用真空烧结法制备出优质的TGG磁光陶瓷。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和分光光度计等测试技术,对合成的TGG多晶料和陶瓷的性能进行了表征。结果表明:多晶料中的晶粒粒径小、分布均匀,可用于TGG陶瓷的制备。TGG磁光陶瓷的Verdet常数分别与温度和波长的平方成反比。对热膨胀系数和热光系数等热光性能进行了分析,发现降低温度,可有效抑制TGG陶瓷元件的热光效应。因此,制备的TGG磁光陶瓷可用于替代TGG磁光晶体。     

一种两层复合式微驱动平台的运动分析

介绍了一种复合式的微驱动平台机构，采用几何理论方法对它进行了运动分析，建立了运动学方程。通过实例证明了其可行性。     

煤矸石粗骨料-地聚物混凝土的力学与耐久性能研究

将原状和煅烧的煤矸石粗骨料分别按不同掺量替代碎石,制备煤矸石粗骨料?地聚物混凝土,分析了煤矸石掺入量、煅烧与否对混凝土28 d抗压强度、抗氯离子渗透性能、抗冻性能的影响,并探究混凝土性能指标之间的相关性、煤矸石粗骨料的合适掺量及其煅烧的必要性.此外,借助扫描电镜探讨其内部机理.结果显示:随着煤矸石粗骨料掺入量增加,煤矸石粗骨料地聚物混凝土的抗压性能、抗渗性能、抗冻性能均会在不同程度上减弱,其中以抗冻性能的影响最为显著;与原状煤矸石粗骨料地聚物混凝土相比,相同煤矸石掺量下的煅烧煤矸石粗骨料地聚物混凝土在抗压强度上展现出很大的优势,抗氯离子渗透性能不如原状煤矸石地聚物混凝土,抗冻性能与原状粗骨料地聚物混凝土差别不大;煤矸石粗骨料合适掺量的阈值为50％.     

煤矸石集料混凝土抗压强度及耐久性能

以煤矸石-普通碎石混合作为粗集料制备了一系列混凝土试样,其中煅烧和未煅烧煤矸石等量替代普通碎石的掺量为0%、30%、50%、70%和100%,探究了煤矸石粗集料掺量和700℃煅烧对混凝土抗压强度、快速氯离子渗透、抗碳化性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并借助X射线衍射仪(XRD)观测矿物成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观测微观结构。实验结果表明煤矸石作混凝土集料是可行的,最大掺量受混凝土设计强度和所处环境的限制。煤矸石与胶凝材料粘结处空腔的存在不利于混凝土抗压强度和耐久性能,但对固化氯离子性能有利。相比于掺未煅烧煤矸石的混凝土,掺煅烧煤矸石的混凝土的内部结构更致密,但煅烧煤矸石自身的缺陷导致其未获得较大优势。后续研究将致力于更大程度地激发煅烧煤矸石集料的活性以更好地发挥其优势。本研究为煤矸石的大宗高效利用提供试验基础和理论依据。     

几何粗糙对岩体裂隙非线性流动的影响机制

破断岩体裂隙的几何粗糙使得其中的流体流动行为呈现出显著的非线性。借助粗糙裂隙的平行板离散模型和COMSOL软件,分析了离散模型单元体内部的流体流速及压力分布规律,获得了岩体裂隙中非线性流动产生的物理机制;研究了裂隙几何特征对非线性流动的影响规律,提出岩体裂隙非线性流动的流量计算方法,并与数值模拟结果进行了对比。结果表明:隙宽突变处的附加压力降损耗是导致粗糙裂隙流体流动产生非线性的主因;裂隙壁面粗糙和雷诺数的耦合作用显著影响裂隙中流体的非线性流动行为,裂隙中隙宽明显收缩处是附加压力降损耗的主要位置;提出的粗糙裂隙非线性流动的流量计算方法显著提高了分析结果的准确度,显示出较好的实用性。     

混凝土疲劳寿命的表征研究

为了达到不损坏试件,却能估计出混凝土疲劳寿命的目的,对混凝土的弹性模量、泊松比、密度等参数对混凝土疲劳寿命离散性的影响进行了探讨.通过疲劳试验,筛选出最适合作为混凝土疲劳寿命预测指标的参数,由试验数据得出了混凝土疲劳变形发展第二阶段中塑性应变增长率与疲劳寿命关系的经验公式;提出了一种基于塑性应变增长率的混凝土疲劳寿命预测方法.经验证所得混凝土预测寿命与实测结果及前人试验结果均符合较好.     

破断岩体裂隙的流体流动特性分析

 讨论立方定律成立的前提条件,指出立方定律只有在裂隙隙宽波动极小的情况下才能近似成立,对于岩体粗糙裂隙来说,此种状态只会出现在裂隙的局部区域,即局部立方定律;而在裂隙隙宽波动较大的区域,则需准确表述裂隙粗糙对流体流动的影响作用。提出天然粗糙裂隙的多平行板离散等效模型,可以有效地适用局部立方定律,推导粗糙裂隙的隙宽表示和流量计算公式;借助数值软件分析隙宽波动对等效模型单元体内部流体压力的作用规律,并定义一个过量压力降损耗系数,基于该系数对粗糙裂隙的流量计算方法进行修正。     

煤矸石粗集料混凝土抗碳化性能研究

探究了水灰比(质量比)、煤矸石粗集料掺量(质量分数)、碳化时间以及煤矸石粗集料是否煅烧等对煤矸石粗集料混凝土抗碳化性能的影响规律,借助扫描电镜分析了煅烧与未煅烧煤矸石粗集料混凝土微观结构对其抗碳化性能的影响机理,建立了适用于不同水灰比、煤矸石粗集料掺量以及碳化时间下的多参数混凝土碳化模型,并将碳化模型在隧道工程结构的耐久性设计中进行了应用.结果显示:煅烧与未煅烧煤矸石粗集料混凝土的碳化深度均随煤矸石粗集料掺量增加而增大,且均与煤矸石粗集料掺量和碳化时间的平方根呈线性正相关;在低水灰比(0.35)时,煅烧煤矸石粗集料混凝土抗碳化性能明显优于未煅烧煤矸石粗集料混凝土.扫描电镜显示,煅烧煤矸石粗集料混凝土内部结构比未煅烧煤矸石粗集料混凝土更密实,二氧化碳的渗入通道减少;在进行隧道工程结构耐久性设计时泵送混凝土中未煅烧煤矸石粗集料的掺量不应大于25%.研究结果为煤矸石粗集料混凝土的抗碳化性能分析及其工程应用提供了理论依据.     

混凝土单调荷载作用下弯曲损伤指标的研究

根据所使用的混凝土本构模型,采用分段拟合的方式,导出了单调荷栽作用下混凝土的受拉损伤指标;提出了混凝土梁在单调荷载作用下的弯曲损伤指标β,推导得到了它的解析表达式,通过单轴拉伸实验对受拉损伤指标以及弯曲损伤指标β的合理性进行了验证,得到了混凝土梁弯曲损伤指标随应变的变化规律.结果表明混凝土梁在峰值以前的损伤是不可忽略的,邻近峰值时,其抗弯刚度降低29.12%,在梁丧失承载力时损伤为0.79.