人体皮肤起皱的非线性大变形分析

建立人体皮肤力学分析的多层皮肤有限元模型,对不同皮肤层分别采用超弹性和黏弹性与超弹性耦合的本构关系,利用Abaqus对两层和三层皮肤模型的非线性大变形问题进行分析,模拟皮肤起皱,并与实验结果进行比较。对比结果表明：与两层模型相比,三层模型能更真实地模拟皱纹;在相同外力下,越紧致的皮肤产生的皱纹深度越浅,皮下组织越厚的皮肤产生的皱纹深度越深。数值分析结果符合实际情况。     

嵌入多层黏弹性胶膜复合材料阻尼工字梁的多目标设计优化

针对嵌入多层黏弹性胶膜的复合材料阻尼工字梁,传统的混合单元法在进行结构动态分析与设计优化时存在很大困难的问题,采用基于离散层理论的多层梁单元建模分析复合材料阻尼工字梁.通过对正交各向异性铺层和腹板进行等效处理的方法,对工字梁凸缘嵌入单层阻尼层模型进行参数化分析;分别对嵌入多层或单层阻尼层的模型建立多目标优化模型,优化目标为模态损耗因子和固有频率最大化,设计变量为阻尼层层数（厚度）及其嵌入位置;应用多目标遗传算法进行优化求解.结果表明：基于离散层理论的阻尼梁单元计算精度好且易于优化,对于嵌入单层较厚阻尼和嵌入多层较薄阻尼的复合材料工字梁,获得的阻尼效果与动刚度损失基本相当,但对于高阻尼的方案,前者比后者的动刚度损失更大.     

基于Abaqus的光学胶动态力学行为分析

黏胶的动态力学性能对终端产品可靠性的影响越来越重要.基于Abaqus的超弹性和黏弹性的本构模型定义光学胶的动态力学参数,用Abaqus/Explicit对静态压缩和落球试验进行仿真分析,通过与实际试验结果的对比验证仿真分析结果.结果表明,在准静态到高应变率的范围内,采用超弹性和黏弹性的本构模型可以准确描述光学胶的动态力学行为.     

双层矩形微板谐振器件中热弹性阻尼机理研究

基于Bishop和Kinra的理论框架,利用积分变换法,建立了周边固定条件下,双层矩形微板谐振器中热弹性阻尼解析模型。通过与先前解析模型以及有限元数值模型进行比较,验证了本文模型的有效性。结果分析表明:当基层材料与镀层材料的Zener模量相差较大时,热弹性阻尼频谱曲线会出现两个波峰;双层板的厚度对热弹性阻尼有很大的影响;当微板的厚度不变时,所得热弹性阻尼频谱曲线不随其他结构几何参数变化。     

轴向拉力对变速运动黏弹性梁参激振动稳定性的影响

研究了变速轴向运动黏弹性梁参激振动受拉力扰动时在主参数共振和组合参数共振范围内的稳定性.轴向运动梁的黏弹性本构关系引入了物质时间导数.当参激频率接近某一阶固有频率2倍时将发生主参数共振；当参激频率接近某两阶固有频率之和时将发生组合参数共振.运用多尺度法,直接求解轴向运动梁的控制方程,导出了稳定性边界方程.最后,通过数值...     

眼科手术器械操作黏弹性组织的导纳控制方法

基于广义Maxwell黏弹性模型建立手术器械与眼组织之间的黏弹性接触模型,并通过力松弛实验对接触模型的参数进行辨识.进而在此基础上提出一种导纳控制方法,通过控制手术器械的位移实现对接触力的控制.该方法将传统的导纳控制器替换为比例-积分(PI)控制器,从而将黏弹性接触模型中的理想微分环节替换为1阶微分环节.替换后,在低频段,尤其是频率趋近于0时的幅频响应可得到提升并保持稳定,从而避免幅频响应过低导致的接触力衰减.通过对离体猪眼球进行力控制实验验证了该控制方法的有效性.实验结果表明,阶跃力平均误差约为4.6％,响应时间约为2.5 s,无明显超调,并可实现一定频率的正弦力输出.阶跃力输出精度可以满足机器人辅助眼科手术的要求.     

串联弹性驱动器设计、建模及在机器人上的应用

相比于传统的刚性驱动器, 串联弹性驱动器(Series elastic actuator, SEA)具有被动柔顺性、阻抗低、抗冲击、力感知等诸多优点, 因而已被广泛应用于各种机器人系统中. 首先根据弹性和阻尼特性将串联弹性驱动器分为弹性型、阻尼型和弹性−阻尼型串联弹性驱动器, 介绍不同类型串联弹性驱动器的优缺点, 并详细概述弹性和阻尼特性的机械实现方式; 然后对各类串联弹性驱动器作为力传感器的建模方法进行介绍; 接着叙述串联弹性驱动器在机器人系统中的主要应用, 如力传感器、安全保护、降低能耗; 最后展望串联弹性驱动器未来的发展方向.     

主动约束层阻尼梁有限元建模与动态特性研究

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼梁的有限元动力学模型．结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移反馈,研究了主动约束层阻尼梁的闭环控制特性．求解了主动约束层阻尼简支梁的动态特性如固有频率、模态损耗因子及频率响应特性等．对被动控制、主动控制和主被动混合控制的控制效果进行了分析比较．研究了粘弹性层与约束层厚度等参数对减振控制效果的影响．     

网络弹性研究进展

网络弹性(Network Resilience)必将作为下一代异构网络必要的设计与操作属性,被定义为在面临不同的失效或挑战时,能够提供和保持可接受服务水平的能力。从系统的角度对网络弹性进行了深入的研究,首先对网络弹性从定义、模型、实现与评估等方面进行深入的分析,接着讨论基于态势感知的网络弹性研究模型,并详细阐述了模型的每一层功能及实现方法,最后给出了网络弹性研究的发展方向。     

基于多模式弹性驱动器的膝关节外骨骼机械腿

基于人体行走过程中下肢肌肉的运动机理,提出一种多模式弹性驱动器,并应用于膝关节外骨骼中实现膝关节外骨骼机械腿的刚性驱动及柔性驱动.首先,对多模式弹性驱动器及膝关节外骨骼进行机构设计,并分析驱动器运动模式.其后,进行驱动器的动力学建模,并分析弹性参数、阻尼参数及负载对驱动器输出带宽的影响,针对弹性驱动器特征进行了基于运动状态机的控制策略研究.最后,根据控制策略对膝关节外骨骼样机实施运动控制.实验结果表明,膝关节外骨骼能根据运行状态机实现有效控制,从而验证了弹性驱动器设计的合理性.     

Study on energy dissipation pattern in vibrating fluid filled cylindrical shells with a constrained viscoelastic layer

The modal strain energy method is used to study the energy dissipation pattern in vibrating cylindrical shells with a viscoelastic damping layer, for various circumferential and axial modes. The effect of tank size, boundary condition and height of contained fluid on the distribution pattern is also investigated. The regions of energy dissipation concentration are identified. The effect of redistribution of the (initially uniformly distributed) constrained viscoelastic material by concentrating it in the above regions is studied.     

X形夹芯激光焊接夹层板碰撞性能分析

基于传统加筋板架设计出一种新的能量吸收单元——X形夹层板,用Dytran分析X形夹层板在低速冲击载荷作用下的碰撞损伤特性;通过分析结构的极限撞深、碰撞力及能量吸收等结果,与传统加筋板进行比较分析,评估夹层板的耐撞性能;同时分析不同结构型式和结构尺寸参数(蒙皮板厚度、夹芯层壁厚、夹芯层高度及夹芯层的夹角等)对夹层板结构耐撞性能的影响.     

环形弹簧阻尼器的滞回性能试验研究

环形弹簧是一种在机械工程领域中应用广泛的减振部件.将环形弹簧用于土木工程结构的减震控制,设计了一种具有自复位功能的环形弹簧阻尼器(Ring spring damper,RD),通过往复荷载作用下的性能试验,研究了RD的滞回性能.首先,提出RD的构造设计和工作原理.进而,设计加工了RD试件,对其进行了滞回性能试验,研究了位移幅值、加载频率对RD试件滞回特性的影响规律.最后,利用ABAQUS软件,对RD试件的滞回性能进行了数值模拟.研究结果表明,RD在往复荷载作用下的滞回性能稳定,且具有良好的耗能与复位特性；RD的有限元模拟滞回曲线与试验曲线较为接近,表明所建立的有限元模型可较为准确地描述RD的滞回行为.     

超限倾斜结构的弹塑性动力分析

结合克拉玛依市科技博物馆工程,对超限倾斜结构设定性能设计目标,并针对性能目标提出抗震措施及抗震构造措施.考虑结构材料的非线性属性,采用静力非线性分析方法,分析倾斜框架-剪力墙结构在地震作用下的响应,尤其是结构在罕遇地震作用下的非线性动力特性基于罕遇地震的弹塑性时程分析表明,最大层间位移角满足1/100的限值条件.结构在...     

民居节能建筑外墙保温层最优厚度仿真

为提高建筑外墙保温层厚度计算结果的精度,提出基于LCCA(Life Cycle Cost Analysis)的民居节能建筑外墙保温层最优厚度计算方法。根据采暖度日数、建筑物围护结构的传热阻等值计算建筑外墙热损失。利用保温层投资与采暖燃料投资相加所得值,获取单位面积建筑外墙保温层的生命周期范围内总投资。采用反应系数法与z传递函数法分析并计算围护结构非稳态逐时热流。结合外墙热损失、保温层使用寿命内费用和墙体逐时热流分析结果,计算民居节能建筑外墙保温层最优厚度。实验发现,保温层存在一个最优厚度,可以使建筑的总费用降到最低;相同保温材料,最优保温层的厚度会随着现值因子增大不断增大,随着采暖度日数增大逐渐增大,随着非保温层热阻值增大不断减小;保温材料不同,最优保温层厚度的差异体现在随着现值因子、采暖度日数增大逐渐增大,随着外墙的非保温层热阻值增大逐渐减小;保温层最优厚度计算结果与实际值拟合度高。     

极限电流型氧传感器热力学分析及结构优化

阐述正面开孔氧传感器的结构机理,并对特定结构的氧传感器进行了电热耦合分析,进而利用特定环境下传感器尺寸的仿真设计规律,对敏感芯体结构进行优化设计,并分析不同结构参数的敏感芯体热性能,优化敏感芯体的工作形状.对比电热耦合数值仿真分析与优化后的氧传感器测试结果,研究分析表明:施加2.2W加热功率即可使氧传感器达到400～500℃的工作温度;特定工况环境下,对传感器封接层和敏感芯体厚度的多目标优化设计结果稳定、方法可靠.     

Wall polymer depletion effects on electrokinetic diffusioosmosis of power-law liquids in cylindrical capillaries

We investigate electrokinetic diffusioosmotic flows of power-law liquids including the effects of a polymer-depleted Newtonian liquid layer near the wall boundaries in circular cylindrical capillaries. Semi-analytical solutions to the flow velocity distribution and volume flow rate are obtained for conditions involving finite double layer effects on the induced electric field of the electrokinetic diffusioosmosis. Results show that the flow behavior and responses of the electrokinetic diffusioosmotic flow depend not only on the wall zeta potential, diffusivity difference parameter, and flow behavior index, but also on the depletion layer thickness to Debye thickness ratio, the ratio of the flow consistency parameter of the power-law liquid core to the viscosity of the Newtonian depletion layer, as well as the exact numeric values of the flow consistency parameter and the Newtonian viscosity. Including the Newtonian depletion layer gives rise to wiggled-shaped zero flow rate border curves on the zeta potential versus diffusivity difference parameter map when the depletion layer thickness to Debye thickness ratio and the ratio of the flow consistency parameter of the power-law liquid core to the viscosity of the Newtonian depletion layer are close to one. These results are not identified in previous Newtonian or non-Newtonian electrokinetic diffusioosmosis literature and may likely open new possibilities and suggest new ideas in the analysis and design of diffusiophoretic separation and diffusioosmotic flow operations.     

基于压阻检测的双端固支硅纳米梁谐振特性研究

我们利用压阻检测法对双端固支硅纳米梁的谐振特性进行了研究.在(111)硅衬底上,用KOH选择性腐蚀制作出了厚度约为242 nm的双端固支硅纳米梁;对梁上表面采用Ar离子进行局部轰击,受轰击侧的原子结构遭到破坏,电导率显著下降,未受轰击侧原子结构则保持原掺杂结构,在梁厚度方向形成非对称掺杂,表现出压阻特性.利用该局部压阻,我们首次完成了对双端固支硅纳米梁的谐振特性的测量,其共振频率为400 kHz;同时,我们对获得的低Q值进行了初步讨论.