油浸式电抗器用阻尼橡胶材料压缩阻尼特性与本构模型

通过对油浸式电抗器器身-油箱间阻尼橡胶材料进行轴向压缩滞回性能试验,研究了其阻尼特性;依据实验数据并结合ABAQUS数值模拟结果,校正了适用于油浸式电抗器器身-油箱间阻尼橡胶材料的Mooney-Rivlin和Yeoh本构模型参数。结果表明,相比普通抗振橡胶试件,丁腈橡胶试件的轴向压缩刚度更大,滞回曲线更饱满,耗能能力更强;Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型均适用于NBR试件的小变形和大变形行为,其中Mooney-Rivlin模型参数和Yeoh模型参数计算结果最大误差分别为-11.31%和-12.21%。     

仿鳐式软体驱动器弯曲预测方法的研究

相对于传统的刚性机器人,由硅胶等柔性材料制造的软体机器人在结构上具有自由度高且能够进行连续形变的特点。目前,多数软体驱动器的气腔形状为等截面形态,而对于变截面软体驱动器的研究却少有涉及。为了解决这一问题,从鳐鱼的运动受到启发,设计了一款气腔截面纵向变换仿鳐式软体驱动器。驱动器限制层设计为不可压缩的薄层,结合应变能密度等理论,提出一种预测驱动器的弯曲变形角度的方法。通过3D打印技术制作模具,浇注模型,制作出仿鳐式软体驱动器。通过理论分析、有限元仿真、实验对比验证其数学模型,绘制仿鳐式软体驱动器在0.02～0.07 MPa气压下的中心线轨迹,分析输入气压与末端输出力的关系,验证了驱动器的理论分析、有限元仿真与实验结果在一定的误差下基本一致。其预测方法表现良好,为进一步研究仿鳐式软体驱动器在空间形变提供理论方法。     

封隔器胶筒接触应力的有限元分析

通过实测封隔器胶筒所用橡胶材料的应力应变数据，在ANSYS有限元分析软件中用超弹性本构模型对实验数据进行拟合，通过比较选择了能更精确描述封隔器胶筒的应力应变关系的Yeoh模型，进而对封隔器压缩式胶筒的接触应力进行了数值模拟，得到接触应力沿轴向的分布情况。     

一种通用型气动软体夹持器的设计与分析

由柔性材料制成的末端软体夹持器依靠结构本身的弹性变形实现对物体的无损抓持,具有自由度高、适应性强的特性,在非结构化环境中具有广阔的应用前景。目前,多数软体夹持器功能单一,适应性差,难以实现对各种形状、尺寸物体的通用抓取。为解决这一问题,通过分析形状尺寸各异物体对软体夹持器结构及性能的要求,结合现有夹持器的优点,设计出一种中间部位能抓取体积较大目标、尖端部位可精确夹持细微物体的通用型气动软体夹持器。基于Yeoh模型建立夹持器变形角度与压力关系数学模型,使用ABAQUS软件对其进行正压和负压仿真,分析出夹持器的弯曲变形情况,得到其极限气压。通过实物的变形实验,得到仿真结果和实验结果相对误差为9.10%,验证了仿真的有效性和变形角度与压力关系数学模型的准确性。     

三关节式软体驱动器的设计及其弯曲性能分析

针对传统的刚性机器人在辅助人体康复训练时存在康复效率低、易造成人体二次损伤等问题,依据人体手指结构及其关节的运动范围,提出了一种由硅胶材料制成的三关节式软体驱动器。首先,根据 Yeoh 超弹性材料本构模型和虚功原理,在理想条件下建立了软体驱动器气囊的弯曲角度与输入气压之间的非线性数学关系,进而研究在一定气压下驱动器不同结构参数对其弯曲性能的影响;接着,通过有限元模型仿真得出了驱动器壁厚、底层厚度和腔室外直径对驱动器弯曲性能影响的显著性排序;最后,通过 3D 打印及模塑成型工艺,制作了三关节式软体驱动器,搭建了软体驱动器弯曲性能测试平台以测试其弯曲性能。结果表明：随着输入气压的增大,软体驱动器弯曲角度的理论计算结果与实验结果的相对误差逐渐减小,当气压高于20 kPa时,其最小相对误差为1.48%;当腔室内部气压为50 kPa时,软体驱动器输出力为0.45 N。可将软体驱动器应用于人机交互的辅助康复领域,后期有望应用于农业和生物医学领域。     

合理选择丁腈橡胶胶筒本构模型探讨

根据大变形橡胶理论和试验数据,利用最小二乘法原理,导出了确定橡胶本构模型系数的公式和评价本构模型优劣的公式.以两种封隔器胶筒材料-701#和29#丁腈橡胶的压缩试验数据为例,确定了二常数、三常数、五常数和九常数Mooney-Rivlin(简称M-R)本构模型和Yeoh三次幂本构模型的待定系数,进行了模型的误差评估和比较.结果表明:Yeoh三次幂本构模型拟合701#和29#材料试验数据能够满足精度要求,但M-R二常数本构模型误差太大;701#丁腈橡胶材料应选择M-R五常数以上本构模型;29#丁腈橡胶材料应选择三常数以上本构模型.     

The Yeoh model applied to the modeling of large deformation contact/impact problems

The present paper is devoted to the modeling of finite deformations of hyperelastic bodies described by the Yeoh model under contact/impact conditions. A total Lagrangian formulation is adopted to describe the geometrically nonlinear behavior. A first order algorithm is applied to integrate the equations of motion. For the finite element implementation, an explicit expression of the tangent operator is derived. Two numerical examples are presented to show the applicability of the developed approach.