检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2016年第4期48卷 756-766页

作者：李铁风李国瑞梁艺鸣程听雨杨栩旭黄志龙浙江大学工程力学系浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

软体机器人是一类新型机器人,具有结构柔软度高,环境适应性好,亲和性强,功能多样等特点,有着十分广阔的研究和应用前景.智能材料在软体机器人结构设计及实际应用中扮演了重要的角色,其特殊的驱动机制极大拓展了软体机器人的功能.介绍了... 详细信息

软体机器人是一类新型机器人,具有结构柔软度高,环境适应性好,亲和性强,功能多样等特点,有着十分广阔的研究和应用前景.智能材料在软体机器人结构设计及实际应用中扮演了重要的角色,其特殊的驱动机制极大拓展了软体机器人的功能.介绍了软体机器人的发展和研究现状,按其应用场合及功能总结了几种典型的软体机器人.从仿生机理的角度,介绍了蠕虫、弯曲爬行虫、鱼类游动等几类仿生运动机理以及其相应的软体机器人.还按不同驱动类型将软体机器人归纳为气动、形状记忆合金、离子交换聚合物金属复合材料、介电高弹体、响应水凝胶、化学燃烧驱动等类型.介绍了软体机器人的制作方法与工艺,分析了目前软体机器人研究的主要挑战,提出对未来研究的展望.

关键词：软体机器人智能材料仿生机理

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压电超构材料及其波动控制研究:现状与展望

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力学学报 2021年第8期53卷 2101-2116页

作者：袁毅游镇宇陈伟球浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室浙江大学工程力学系杭州310007

弹性波超构材料是一种人为设计的周期结构材料,因其独特的力学性能而受到广泛的关注,在军用和民用领域都展现出重要而独特的应用前景.根据需求主动或被动地调控弹性波超构材料的力学特性,能够赋予其更强的适用性能.其调控的方式多种多样... 详细信息

弹性波超构材料是一种人为设计的周期结构材料,因其独特的力学性能而受到广泛的关注,在军用和民用领域都展现出重要而独特的应用前景.根据需求主动或被动地调控弹性波超构材料的力学特性,能够赋予其更强的适用性能.其调控的方式多种多样,其中运用压电材料进行调控是一种方便、速度快、精度高、体积小且价格低的调控方式.文章中首先简要地介绍弹性波超构材料、可调超构材料、压电材料和几种常用的分流电路的基本特性.然后依据压电材料在弹性波超构材料中应用形式的不同,将其分为两大类:第一类中,压电材料作为主体结构材料或主体结构的一部分组成材料;第二类中,压电材料主要以压电弹簧或压电片的形式贴附于主体结构的表面或内嵌在结构中,作为激励器或/和传感器.文章主要介绍两种类型弹性波超构材料的研究内容和发展历史,涉及带隙调控、波导、负折射、超传输、拓扑态、隐身以及外接分流电路等.最后总结压电弹性波超构材料研究的不足之处并给出相应的未来研究展望.

关键词：超构材料压电材料波动控制分流电路

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功能梯度球形水凝胶的化学力学耦合分析

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力学学报 2019年第4期51卷 1054-1063页

作者：杨健鹏王惠明浙江大学工程力学系杭州310027 浙江大学浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

作为一种新型智能材料,水凝胶具有特殊的化学力学耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝胶具有更好的适应性和可调控性.本研究中假设交联密度沿径向按幂函数规律变化,并基于水凝胶的大变形多场耦合一般理论,采用Flory-Huggins自由能函数... 详细信息

作为一种新型智能材料,水凝胶具有特殊的化学力学耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝胶具有更好的适应性和可调控性.本研究中假设交联密度沿径向按幂函数规律变化,并基于水凝胶的大变形多场耦合一般理论,采用Flory-Huggins自由能函数,建立了功能梯度球形水凝胶在球对称情形的控制方程,并开展了功能梯度球形水凝胶在给定内压和化学势情行的非均匀大变形溶胀行为的理论研究.计算结果表明,不同梯度指数的球形水凝胶的内压、内孔半径曲线和内压、内表面径向伸长率曲线均呈现出一段稳定区间和另一段不稳定区间,说明内压超出某临界值会发生失稳并导致水凝胶的最终破坏.内压的临界值随梯度指数的增大而增大.研究表明,功能梯度球形水凝胶的材料参数(梯度指数、亲疏水特性、交联密度和溶剂分子的体积)和环境化学势对水凝胶溶胀行为具有重要的影响.在给定内表面压力的情况下,功能梯度球形水凝胶内表面的径向位移随梯度指数的改变接近为线性变化,而随其他参数的影响都呈现出明显的非线性.本研究有助于实现水凝胶智能结构和器件在复杂条件下的精准调控.

关键词：功能梯度水凝胶化学力学耦合溶胀行为大变形球对称

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弹性纵波在压电-压电半导体周期杆中的传播

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哈尔滨工程大学学报 2022年第9期43卷 1252-1257页

作者：李德志张春利浙江大学工程力学系浙江杭州310027 浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室浙江杭州310027

为研究压电半导体周期结构中的弹性波传播特性,本文采用哈密顿变分原理推导出Love型压电半导体杆的基本方程;再在此基础上,针对由压电介质材料和n型压电半导体材料构成的周期杆,分别构建压电介质杆和压电半导体杆的状态方程;通过界面连... 详细信息

为研究压电半导体周期结构中的弹性波传播特性,本文采用哈密顿变分原理推导出Love型压电半导体杆的基本方程;再在此基础上,针对由压电介质材料和n型压电半导体材料构成的周期杆,分别构建压电介质杆和压电半导体杆的状态方程;通过界面连续条件给出元胞两侧状态向量(轴向位移、电势、轴向应力和轴向电位移)的传递关系,并利用Bloch理论得到压电-压电半导体周期杆的色散方程。数值研究结果表明:初始电子浓度、元胞内压电半导体相的长度比和杆半径对该周期结构的带隙结构有调控作用;当初始电子浓度、杆长比、杆的半径增加时,第一带隙均会下移。该研究结果为基于压电半导体周期结构的器件设计提供了理论指导。

关键词：压电半导体周期结构 Love杆理论状态空间法带隙结构弹性纵波 Bloch理论压电电子学

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考虑微观变形特征的水凝胶均匀和非均匀溶胀分析及其影响参数研究

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力学学报 2021年第2期53卷 437-447,I0003页

作者：刘岩王惠明浙江大学工程力学系杭州310027 浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

本文给出考虑微观变形的水凝胶溶胀的分析模型,该模型假设构成聚合物网络的单链受到由于周围链的作用而产生类似圆管状的约束,并且认为每个单链变形与网络变形之间存在非仿射关系.利用该模型分析了凝胶在自由溶胀情形,预拉伸凝胶单一方... 详细信息

本文给出考虑微观变形的水凝胶溶胀的分析模型,该模型假设构成聚合物网络的单链受到由于周围链的作用而产生类似圆管状的约束,并且认为每个单链变形与网络变形之间存在非仿射关系.利用该模型分析了凝胶在自由溶胀情形,预拉伸凝胶单一方向溶胀情形以及具有刚性核的球形凝胶溶胀至平衡状态情形的变形特征.研究表明,对于自由溶胀的均匀变形情形,水凝胶微观单链与宏观网络的变形相一致,伸长率随链段数的增加而增大,随单链密度的增大而减小.伸长率也会随有效圆管几何参数数值的增大而增大,但是当外部溶剂压力达到一定数值以后单链的圆管约束对凝胶溶胀变形影响逐渐减小.在单一方向溶胀状态下,预拉伸凝胶会出现微观单链和宏观网络伸长率相等的溶胀平衡状态,此时约束应力等于零.具有刚性核的球形凝胶溶胀至平衡状态时产生径向和环向伸长率不相等的非均匀球对称变形.在刚性核的附近,单链和网络的径向伸长率均大于自由溶胀状态伸长率.在远离刚性核的位置,单链和网络的伸长率均接近自由溶胀状态的伸长率.网络渗透压随有效圆管几何参数数值的增大而降低,溶剂分子体积分数则随有效圆管几何参数数值的增大而增大.所建立的分析模型可以模拟凝胶溶胀导致的微观单链变形.

关键词：水凝胶均匀溶胀非均匀溶胀非仿射微观变形

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多个局部温度载荷下压电半导体纤维杆的压电电子学行为分析

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力学学报 2020年第5期52卷 1295-1303,I0002页

作者：程若然张春利浙江大学工程力学系杭州310027 浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

温度改变产生的极化电势可对压电半导体结构内的物理量进行有效调控,这在穿戴电子器件及与温度相关的半导体电子器件中有重要工程应用价值.本文针对在多个局部均匀温度变化作用下的压电半导体杆结构,采用一维热压电半导体多场耦合方程,... 详细信息

温度改变产生的极化电势可对压电半导体结构内的物理量进行有效调控,这在穿戴电子器件及与温度相关的半导体电子器件中有重要工程应用价值.本文针对在多个局部均匀温度变化作用下的压电半导体杆结构,采用一维热压电半导体多场耦合方程,基于线性化的漂移-扩散(drift-diffusion)电流模型导出了问题的解析解.以两个局部温度载荷情况为例,数值分析了局部温度改变对压电半导体内位移、电势、电位移、极化强度、载流子分布等物理场的影响.对于温度改变较大的情况,在COMSOL软件的PDE模块中,采用非线性电流模型,进行数值模拟.研究结果表明:由于两个局部区域的温度改变,在半导体杆内形成了局部势垒和势阱,不同的温度改变量和作用区域会产生不同高度/深度的势垒/势阱,为基于压电半导体的热压电电子学器件结构设计提供了理论指导.

关键词：热压电半导体热释电压电电子学

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基于三连杆动力学模型的仿人机器人站立平衡控制

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机器人 2016年第4期38卷 451-457页

作者：朱秋国伍浩贤吴俊熊蓉浙江大学工业控制技术国家重点实验室浙江杭州310027 浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室浙江杭州310027

为了解决仿人机器人抗扰动站立平衡控制问题,提出了一种三连杆动力学模型作为仿人机器人的简化模型,该模型充分考虑了机器人腿部、身体和手臂的连杆分布质量,相比于传统的线性倒立摆模型或者飞轮倒立摆模型具有更高的精确性.基于这种模... 详细信息

为了解决仿人机器人抗扰动站立平衡控制问题,提出了一种三连杆动力学模型作为仿人机器人的简化模型,该模型充分考虑了机器人腿部、身体和手臂的连杆分布质量,相比于传统的线性倒立摆模型或者飞轮倒立摆模型具有更高的精确性.基于这种模型,设计了仿人机器人的站立抗扰动平衡控制器.首先将仿人机器人模型简化为三连杆动力学模型,通过参数辨识方法获取结构化的参数,并经过线性化处理,将复杂的非线性动力学模型线性化.然后采用线性二次调节器(LQR)设计机器人的平衡控制器.实验在仿人机器人KONG-II上进行,通过将机器人踝关节设置成具有一定阻尼特性的欠驱动状态,来实现三连杆动力学模型的形式.实验结果对比了机器人采用两连杆动力学模型和三连杆动力学模型时的抗外力扰动性能,验证了本文方法的有效性和鲁棒性.

关键词：仿人机器人站立平衡控制三连杆动力学模型线性二次调节器

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一种新型介电弹性体仿生可调焦透镜的变焦分析

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力学学报 2020年第6期52卷 1719-1729页

作者：史惠琦王惠明浙江大学航空航天学院工程力学系杭州310027 浙江大学浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

介电弹性体(dielectric elastomer)是电活性聚合物智能材料的一种,在外加电场作用下,可产生多种形式的响应.在驱动柔性透镜的变焦方面,相对于传统的机械操控变焦方法显示出独特的优势.针对一款在电压激励下可高效调节焦距的介电弹性体... 详细信息

介电弹性体(dielectric elastomer)是电活性聚合物智能材料的一种,在外加电场作用下,可产生多种形式的响应.在驱动柔性透镜的变焦方面,相对于传统的机械操控变焦方法显示出独特的优势.针对一款在电压激励下可高效调节焦距的介电弹性体仿人眼变焦透镜,该透镜由上下两层介电弹性薄膜和固定框架构成,并在封闭腔内充入盐水,上层薄膜涂覆环形柔性电极.在电压激励下,上层膜发生变形,由于盐水的体积保持恒定,引起下层膜随之变形,使得透镜的焦距发生改变.采用neo-Hookean模型,利用变分原理导出了该透镜的控制方程、边界条件和连续条件.利用打靶法求解了该非线性问题并高效地处理了非线性问题的界面连续条件.理论分析结果与实验结果相吻合.利用此模型开展了广泛的参数分析,研究表明,透镜的几何形状、初始焦距、介电弹性体薄膜的预拉伸率、涂覆的电极面积、材料的剪切模量等对透镜焦距的调节性能都有重要的影响.所建立的理论分析模型可为柔性仿生透镜的设计和参数优化提供有效的分析方法.

关键词：介电弹性体柔性可调焦透镜焦距非线性

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二维十字排列椭圆孔声子晶体带隙研究

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浙江大学学报（工学版） 2019年第4期53卷 811-818页

作者：高楠李剑鲍荣浩陈伟球浙江大学工程力学系浙江杭州310027 浙江大学浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室浙江杭州310027 浙江大学软物质科学研究中心浙江杭州310027

采用有限元及实验方法,研究二维十字排列椭圆孔声子晶体中弹性波传播的带隙以及人为引入的夹杂对带隙的调控.当声子晶体薄板沿板厚方向均匀施加面内激励时,将激发面内的动力响应,对应于平面应力状态.基于逆向思维,针对二维十字排列椭圆... 详细信息

采用有限元及实验方法,研究二维十字排列椭圆孔声子晶体中弹性波传播的带隙以及人为引入的夹杂对带隙的调控.当声子晶体薄板沿板厚方向均匀施加面内激励时,将激发面内的动力响应,对应于平面应力状态.基于逆向思维,针对二维十字排列椭圆孔声子晶体薄板,建立平面有限元模型,计算该模型沿晶格ΓX方向的波动传输特性,分析孔洞长短轴之比、孔隙率和线缺陷等因素对带隙及弹性波传播特性的影响.制作与计算模型同尺寸的声子晶体试样进行传输特性实验,测试结果与有限元仿真结果吻合.结果表明,带隙的宽度随着椭圆孔长短轴比例的增加而增大,可以通过引入合适的线缺陷来反向调控声子晶体的带隙.

关键词：声子晶体十字排列椭圆孔带隙弹性波调控

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具有表面效应的压电半空间中的表面波

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力学学报 2017年第3期49卷 597-604页

作者：周伟建陈伟球浙江大学工程力学系杭州310027 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室杭州310027

纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于St... 详细信息

纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于Stroh公式、Barnett-Lothe积分矩阵及表面阻抗矩阵,研究计入表面效应的任意各向异性压电半空间中的表面波传播问题,导出了频散方程.针对横观各向同性压电材料,假设矢状平面平行于材料各向同性面,发现Rayleigh表面波和B-G波解耦,并得到各自的显式频散方程.结果表明,Rayleigh表面波的波速小于偏振方向垂直于表面的体波,而B-G波的波速小于偏振方向垂直于矢状平面的体波.以PZT-5H材料为例,用数值方法考察表面残余应力和电学边界条件对表面波频散特性的影响发现:表面残余应力只对第一阶Rayleigh波有明显的影响;电学开路情形的B-G波比电学闭路情形的B-G波传播快.本文工作可为纳米表面声波器件的设计或压电纳米结构的无损检测提供理论依据.

关键词：表面波表面效应压电材料 Stroh公式频散关系

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