Bionic Design and Simulation Analysis of Energy-Efficient and Vibration-Damping Walking Mechanism

节能减振步行机构的仿生设计及仿真分析

张锐¹,庞浩¹,何远^1,2,韩佃雷¹,文立阁³,江磊⁴,李建桥¹

（1. 吉林大学 工程仿生教育部重点实验室,长春 130022;

2. 长春长光睿视光电技术有限责任公司,长春 130102;

3. 吉林大学 机械与航天工程学院,长春 130022;

4. 中国北方车辆研究所,北京 100072）

摘要：非洲鸵鸟能以60 km/h的速度持续奔跑30分钟,其后肢结构具有优良的节能、减振性能。为实现腿式机器人高效节能、缓冲减振的腿部机构的设计,根据鸵鸟跗骨间关节的被动回弹特性以及腿部的输出刚度可变特性,结合鸵鸟后肢结构的比例和尺寸,设计出了仿生刚-柔复合腿式机器人单腿结构。并且利用ADAMS软件模拟了仿生机械腿的运动。通过运动仿真分析,研究了内弹簧刚度系数在一定范围内的变化对机身质心垂直加速度以及电机功耗的影响,获得最佳的内弹簧刚度系数为200 N/mm,并进一步验证了内外弹簧机制能够有效地降低机械腿的能耗。仿真结果表明,采用内外弹簧机制能够有效降低电机约72.49%能耗。

关键词：工程仿生;仿生机械腿;被动回弹特性;刚-柔复合结构;节能减振

     

稀有金属伟晶岩过度冷却与侵位之关系——基于野外地质观察及年代学的思考

稀有金属伟晶岩的结晶过程是认识其成矿作用的重要方面。前人利用冷却模型所推测出的侵入变质围岩的伟晶岩冷却时间为几天至几千年,但对侵位于花岗岩中伟晶岩的结晶过程缺乏相关研究。基于此,对新疆大喀拉苏及镜儿泉地区稀有金属伟晶岩的野外地质观察及年代学研究显示,两处伟晶岩的侵位模式不同,侵位时花岗岩围岩的温度有别。大喀拉苏1号伟晶岩(年龄为(248.4±2.1)～(228.4±0.3)Ma)主要侵位于较冷花岗岩围岩(年龄为(261.4±2.1)Ma)的席理面,边缘可能出现过度冷却。最新铌钽铁矿U-Pb年代学显示,镜儿泉1号锂辉石伟晶岩形成时代为(250.8±1.0)Ma,熔体侵位于温度较高的花岗岩(年龄为(252.9±1.9)Ma)内部断层,其冷却结晶受花岗岩温度及区域地热梯度制约,冷却时间可能超过3 Ma。综上所述,过度冷却模型的适用性、铌钽铁矿U-Pb同位素体系的封闭温度都需要进一步研究,以解释同位素年龄与冷却模型所得结晶时间的显著差异。     

T型三撑杆索穹顶预应力计算方法与参数分析

针对传统索穹顶构造形式单一及环向刚度弱的缺陷,提出一种T型三撑杆索穹顶.采用节点平衡法与求解超静定结构的位移法相结合的方法,推导出T型三撑杆索穹在考虑自重情况下结构初始预应力分布的计算公式;对索穹顶结构进行参数分析,讨论了矢跨比和撑杆高度对结构初始预应力分布的影响,给出了结构在忽略自重的情况下初始预应力计算表,得出了适用于T型三撑杆索穹顶结构的参数合理取值范围.研究表明,T型三撑杆索穹顶结构初始预应力与矢跨比、撑杆高度均成反比,撑杆高度的影响程度更大,该结构适宜矢跨比为1/20～3/20,适宜撑杆高度为斜索角度tan10°～tan20°时的取值.     

渤海注聚井区油井深部解堵工艺研究及应用

针对渤海油田油井解堵效果变差、有效期降低等问题,提出了扩大解堵半径、优选解堵剂体系、强化解堵效果的解堵思路。通过工艺研究、工艺优选,形成了深穿透解堵技术。深穿透解堵技术主要包含基质解堵、降阻造缝和储层深部解堵三个过程。对深穿透解堵工艺机理进行了研究,并形成了一套现场可应用的工艺技术。针对锦州油田注聚井区堵塞问题,从聚合物溶液降黏、模拟含聚堵塞物、现场含聚堵塞物降解三个方面优选出一种复合解堵剂,结合工艺思路形成施工方案,并进行现场应用,取得了较好的增液、增油效果。     

一株秸秆纤维素降解菌株的筛选及其降解特性

纤维素是自然界一种最重要的可再生资源,本文从玉米地土壤中分离出 1 株产纤维素酶能力较强的菌株J-N3。以羧甲基纤维素为唯一碳源的分离培养基和刚果红染色法进行初筛,再将筛选到的菌株进行液体发酵培养并测定酶活。结合形态学特征与分子生物学鉴定结果得知,菌株J-N3为芽孢杆菌属( Bacillus)。并对其酶学性质进行初步研究,得到酶最适pH为6.0时,最适反应温度为50 ℃。玉米秸秆经菌株 J-N3处理20 d 时,秸秆失重率及纤维素分解率分别达到26.22%、31.01%。     

基于实验方法的硅胶圆管柔性关节静力学研究

采用两种不同材料的硅胶管和弹性骨架制作了柔性关节,对其进行静力学实验,得出了在相同气压下的弯曲角度和夹持力,并建立了柔性关节形变模型,获得了其气压下的形变特性。研究结果表明: 硅胶胶管邵氏硬度越小,其剪切弹性模量和弹性模量越小,其硅胶管制的柔性关节柔性和力学特性越好。该研究为弹性硅胶管在气动人工驱动器的应用进一步研究奠定了基础。     

电厂宽负荷选择性催化还原脱硝技术改造

选择性催化还原（SCR）脱硝技术是我国电厂常用的脱硝技术。该技术运行中对烟气温度的要求比较严格,需要控制好SCR脱硝系统的入口烟温。针对这一问题,从影响SCR脱硝效率的关键因素及常见的宽负荷脱硝技术改进方案入手进行了分析。通过宽负荷脱硝技术改造,明显提高了SCR脱硝系统的入口烟温,进而提高了脱硝效率,减少了氨逃逸率,为电力行业脱硝技术发展提供了实际参考。     

NECP-Atlas中屏蔽数据库制作方法

为获得更高精度的屏蔽数据库,提高屏蔽计算中关键参数的计算精度,本文利用核数据处理程序NECP-At-las中屏蔽数据库制作功能模块shield_calc.基于响应贡献理论对屏蔽数据库能群结构进行优化,重点针对屏蔽计算中的热中子注量率以及光子注量率进行改善,并利用SINBAD屏蔽基准题对优化后的能群结构进行验证.数值结果表明:利用优化后的能群结构计算得到的热中子注量率和光子注量率较BUGLE屏蔽数据库原始能群结构计算结果有明显改善,热中子注量率相对偏差由100％下降至30％左右,光子注量率相对偏差由50％下降至10％左右,提高了辐射屏蔽计算中热中子以及光子计算结果的准确性.     

压水堆技术后续发展的思考

针对压水堆核电技术后续发展的问题,本文分析了压水堆技术在安全性、环境友好性、经济性和运行灵活性等方面面临的挑战.基于文献调研和工程实践经验,总结了压水堆技术近期可行的发展方向,这些发展方向包括了先进燃料、不调硼负荷跟踪、优化的能动与非能动安全系统等.在远期发展方面,可以将研究重点从安全系统的优化提升转移到消除或降低事故发生的可能性上,并大力提升模块化建造及智能化运维水平.在这一过程中,需开展更多设计理论的研究和原创技术的开发.     

氢化物原子荧光光谱法测定党参中的硒含量

为建立一种操作简便,快速,高灵敏度的氢化物原子荧光光谱法测定党参中硒的分析方法。方法 采用原子荧光光谱法对测定党参中硒元素进行含量的定量分析方法。结果 硒含量在0~40 μg/L质量范围内与其荧光强度呈现良好的线性关系（R²=0.9999）,检出限为Q=0.065 ng/mL;加样回收率为113.33%,相对标准偏差（RSD）为4.97%;精密度RSD为1.65%;准确度RSD为4.58%;稳定性RSD为6.52 %。11个不同品种党参之间的硒含量稍有不同,但都在0.1 mg/kg以下。结论 在富硒党参质量控制检测中,用原子荧光光谱法测定硒含量,其操作快速、简便,能准确测定党参硒含量。