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柔性气囊结构水弹性响应的数值研究

柔性气囊结构水弹性响应的数值研究

作者：柏玉大连理工大学

学位级别：硕士

柔性气囊结构物由于其质量轻、造价低、运输方便、适应能力强等优点,在海洋工程领域中具有良好的应用前景。不同于刚性结构,柔性结构在海洋环境荷载的作用下通常表现出大变形的典型特征,通过灵活改变其几何外形来适应各种环境条件。本... 详细信息

柔性气囊结构物由于其质量轻、造价低、运输方便、适应能力强等优点,在海洋工程领域中具有良好的应用前景。不同于刚性结构,柔性结构在海洋环境荷载的作用下通常表现出大变形的典型特征,通过灵活改变其几何外形来适应各种环境条件。本文通过数值手段对柔性气囊的水弹性响应问题进行了研究。首先,由于膜结构材料的特殊性,静水中柔性气囊的初始形状是未知的,故本文分别对固定式气囊结构与漂浮式气囊结构建立了静力分析数值模型。考虑到气囊结构的轴对称性,该三维问题可以简化为二维问题进行求解。气囊表面的柔性薄膜由一定数量沿经度方向均布的张力筋腱包络而成,为了简化计算,假定气囊张力均由具有一定刚度的张力筋腱承担,柔性薄膜不受力。在气囊内压一定的条件下,通过单元静力平衡方程的迭代求解建立了可拉伸柔性气囊在水中的静力分析方法。在漂浮式气囊结构静力数值模型的研究基础上,本文基于等熵原理建立了漂浮式气囊结构的静水垂荡运动模型,基于加速度在时间步内线性变化的假设条件,采用Newmark-法计算了漂浮式气囊结构在给定初位移下的运动过程。然后,本文基于模态展开的思想,采用有限元和边界元联合求解的数值方法,建立了波浪与三维柔性气囊结构物相互作用的流固耦合模型。其中,柔性气囊的模态结果利用有限元商业软件ANSYS求解,流场的水动力部分采用边界元方法,气囊上任一点的运动位移通过模态叠加的方法得到,利用气囊表面法向运动速度连续的边界条件实现气囊弹性变形与流场相互作用的解耦。最后,本文利用建立的静力分析数值模型和三维流固耦合分析模型,分别开展了气囊的静力分析和波浪作用下的运动响应分析。研究了张力筋腱刚度、气囊初始内压、气囊吃水深度、沉子质量等结构参数对柔性气囊结构静力特性的影响。针对漂浮式气囊结构,利用其静水垂荡运动模型分析了张力筋腱刚度和沉子质量对结构垂荡自振特性的影响。针对固定式气囊结构,利用流固耦合数值模型求解了规则波作用下结构的水弹性响应问题,并分析了波浪频率和气囊薄膜刚度对其弹性变形的影响规律,从而为柔性气囊的实际应用提供一定的参考价值。

关键词：柔性气囊模态叠加法有限元法边界元法流固耦合

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应用柔性气囊技术增强船舶不沉性

湛江海洋大学学报 2003年第4期23卷 42-45页

作者：王玉林晋小莉陈海峰西安工业学院陕西西安710032 陕西科技大学陕西咸阳712081

遇险船舶遭受着浮性损失或稳性损失 ,这种损失无限制的增大 ,必将导致船舶的沉没。论述了应用柔性气囊技术 ,解决遇险船舶在浮性损失或稳性增大时而沉没的问题。柔性气囊对船体的作用力位于船舷之外。当用气囊弥补浮力损失时 ,基本上都... 详细信息

遇险船舶遭受着浮性损失或稳性损失 ,这种损失无限制的增大 ,必将导致船舶的沉没。论述了应用柔性气囊技术 ,解决遇险船舶在浮性损失或稳性增大时而沉没的问题。柔性气囊对船体的作用力位于船舷之外。当用气囊弥补浮力损失时 ,基本上都可使浮力位于受损船舱附近 ,因此能同时减缓或消除浮力损失及倾覆力矩。当主要用其来扶正船体时 ,它所产生的扶正力臂长、扶正力矩大 ,能有效减缓或消除倾覆力矩的影响 ,并且船舶恢复正位后 ,不存在过剩力矩。空气相对于水体更容易控制。因此 ,采用气囊具有更高的灵活性。

关键词：船舶不沉性柔性气囊遇险

碳纤维实现睑板腺按摩仪柔性气囊热敷技术研究

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中国医疗器械信息 2014年第5期20卷 54-56,80页

作者：张建寰徐功浩周圆洪朝阳刘岩陈延平李炜厦门大学机电工程系测控技术研究所厦门361005 福建师范大学光电学院福州350117 厦门大学医学院眼科中心厦门361005

睑板腺功能障碍是引发干眼症的主要原因之一。睑板腺按摩配合热敷是一种治疗睑板腺功能障碍的有效辅助手段。该文针对自主设计的辊式睑板腺按摩仪,对其柔性气囊的热敷方式进行设计。采用碳纤维作为电发热丝,构成与柔性基材集成的电路,... 详细信息

睑板腺功能障碍是引发干眼症的主要原因之一。睑板腺按摩配合热敷是一种治疗睑板腺功能障碍的有效辅助手段。该文针对自主设计的辊式睑板腺按摩仪,对其柔性气囊的热敷方式进行设计。采用碳纤维作为电发热丝,构成与柔性基材集成的电路,并配合控制电路,实现了对气囊的加热和温度控制。同时,研究了气囊与碳纤维的集成工艺,利用热压技术实现了碳纤维和柔性TPU薄膜的紧密结合,而不会影响按摩仪的按摩效果。该方法还可应用到其他以柔性材料为基材实现热敷的医疗器械中。

关键词：睑板腺按摩仪柔性气囊热敷碳纤维

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“世越”号打捞柔性气囊设计方案

航海 2017年第4期 35-37页

作者：杨鹏王伟平蒋岩汪有军交通运输部上海打捞局上海200090

2017年3月22日,沉没1 077天的"世越"号在上海打捞局590天的紧张施工下缓缓浮出水面,举世瞩目。以侧卧的姿态从44m水深整体打捞出水重达万吨的沉船被称作世界打捞史上的奇迹。在"世越"号打捞项目最关键的船头起吊过程中,为了建立足够的浮... 详细信息

2017年3月22日,沉没1 077天的"世越"号在上海打捞局590天的紧张施工下缓缓浮出水面,举世瞩目。以侧卧的姿态从44m水深整体打捞出水重达万吨的沉船被称作世界打捞史上的奇迹。在"世越"号打捞项目最关键的船头起吊过程中,为了建立足够的浮力,除了在难船外部安装橡胶浮筒、钢质打捞浮筒等助浮设备外,新发明的内置柔性气囊发挥了关键的作用。本文从试验的角度对内置气囊的开发过程进行详细介绍。

关键词： “世越”号整体打捞柔性气囊浮力建立

具有距离监测与辅助提示功能的自闭症儿童智能服装设计

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纺织学报 2024年第3期45卷 156-162页

作者：王馨雨田明伟青岛理工大学艺术与设计学院山东青岛266033 青岛大学纺织服装学院山东青岛266071

针对自闭症儿童社交与情绪障碍问题,设计了2款具备距离监测与辅助提示功能的自闭症儿童智能服装。首先,采用问卷调查与实地访谈等方法,归纳出自闭症儿童在穿戴、感统、心理认同3个方面的服装需求;其次,采用超声波距离传感器技术实现社... 详细信息

针对自闭症儿童社交与情绪障碍问题,设计了2款具备距离监测与辅助提示功能的自闭症儿童智能服装。首先,采用问卷调查与实地访谈等方法,归纳出自闭症儿童在穿戴、感统、心理认同3个方面的服装需求;其次,采用超声波距离传感器技术实现社交距离监测;再次,采用气动柔性气囊及可加热碳纤维模拟中医推拿治疗自闭症手法,加热加压刺激手腕部穴位,达到一定的干预和辅助提示患者的目标。研究结果表明:选用的超声波传感器精度高,形状小巧且耐脏污,将其嵌入服装中可有效识别0.2~3 m范围内的社交距离;通过柔性气囊的充气加压可对手腕部穴位产生7.90 kPa的服装压,有助于缓解患者情绪焦虑等症状;智能服装廓形设计采用H/A型,开合方式选用拉链,色彩选用冷色调,口袋设计为几何图形,面料设计兼具舒适性与功能性,符合自闭症儿童服装实际穿着需求。

关键词：自闭症儿童童装距离监测柔性气囊服装压智能服装

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带应急气囊直升机横向漂浮特性分析

带应急气囊直升机横向漂浮特性分析

作者：李乐南京航空航天大学

学位级别：硕士

直升机水上迫降事故产生的主要原因之一是直升机自身的漂浮特性引起的沉没及侧翻问题,如今国内外多采用配备应急气囊的方式使直升机具有足够的漂浮能力,因此研究带有应急气囊的直升机横向漂浮特性,对直升机水上安全性能和适航取证有着... 详细信息

直升机水上迫降事故产生的主要原因之一是直升机自身的漂浮特性引起的沉没及侧翻问题,如今国内外多采用配备应急气囊的方式使直升机具有足够的漂浮能力,因此研究带有应急气囊的直升机横向漂浮特性,对直升机水上安全性能和适航取证有着重要的意义。首先,介绍了中心差分理论和传统船舶浮态及稳性理论;结合有限元方法,分别建立了不考虑气囊及连接带柔性和考虑气囊及连接带柔性的直升机静稳性计算方法;推导了基于有限元下,稳性方程中的压力误差公式,并进行理论误差分析。其次,对某型直升机进行有限元建模,通过Matlab编程及Ls-dyna仿真实现了直升机静稳性的计算,将计算结果与文献及试验结果进行对比,验证了计算方法的可靠性;研究了重心前限及后限对静稳性的影响;研究了不同气囊内压对静稳性的影响,得到了气囊内压越大直升机静稳性越好的结论,与理论相符。之后,与试验工况相同,建立了五级海况规则波浪水池,通过Ls-dyna仿真了直升机在风浪作用下的横摇响应情况,经计算,本文带柔性气囊的直升机在五级规则波下拥有较好的漂浮能力,与试验结果比对较好;此外,建立了三级海况波浪水池,得到了直升机的横摇响应曲线,研究了两种海况对直升机横摇响应的影响,为不规则波下横摇响应计算部分,横摇阻尼取值的准确性提供了支撑。最后,依照横摇近似理论,建立了直升机在风浪作用下横摇响应的动力学方程,通过RungeKutta迭代方法,借助Matlab软件,利用前文得到的直升机静稳性曲线及三级、五级海况规则波下的横摇响应曲线,实现了五级不规则波下直升机横摇响应的预报。

关键词：直升机柔性气囊横向静稳性流固耦合风浪响应

一种浮空器气囊体积测量装置的现场校准方法探讨

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计测技术 2017年第5期37卷 27-33页

作者：王勤俭黄鑫张菁程杨吴平阳志勇湖南航天机电设备与特种材料研究所湖南长沙410205 中国人民解放军长沙代表室湖南长沙410205

介绍一种浮空器气囊体积测量装置的现场校准方法,通过设定现场校准区域,构建地面控制点的局部三维坐标;在被测对象侧边的6个地面控制点设立测站,用激光全站仪和棱镜组件按照极坐标法观察得到被测对象侧边精密标定杆上所有准校点的局部... 详细信息

介绍一种浮空器气囊体积测量装置的现场校准方法,通过设定现场校准区域,构建地面控制点的局部三维坐标;在被测对象侧边的6个地面控制点设立测站,用激光全站仪和棱镜组件按照极坐标法观察得到被测对象侧边精密标定杆上所有准校点的局部三维坐标,建立校准参考坐标系,构建完整的现场校准场。测量装置对在校准参考坐标系中的精密标定杆上校准点进行拍摄获得图片,解算得到测量装置的每个相机的外方位元素,得到其位置和姿态,完成校准工作。本文提出的现场校准方法解决了测量装置在任意场景下浮空器囊体体积测量的应用问题和测量装置使用中需要搬动情况下的校准问题。

关键词：浮空器柔性气囊体积测量装置现场校准

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一种浮空器气囊体积测量装置设计

计测技术 2017年第S1期37卷 31-34页

作者：王勤俭黄鑫朱琰雯管鹏举吴平阳志勇湖南航天机电设备与特种材料研究所湖南长沙410205 中国人民解放军长沙代表室湖南长沙410205

浮空器气囊体积测量是大型浮空器在飞试前一个重要工作过程,大型浮空器在飞行试验场充气后,现场实际体积测量是确认大型浮空器飞行前重要技术参数,能够为产品飞行试验提供安全可靠参考数据。在飞行试验场中受到外界风场等因素影响,对于... 详细信息

浮空器气囊体积测量是大型浮空器在飞试前一个重要工作过程,大型浮空器在飞行试验场充气后,现场实际体积测量是确认大型浮空器飞行前重要技术参数,能够为产品飞行试验提供安全可靠参考数据。在飞行试验场中受到外界风场等因素影响,对于直径覆盖3~20 m、且形状不规则的大型浮空器,如果仅依靠传统的测量方法不仅工作量繁重,且耗时长,不能准确快速地获得测量结果,显然不适用于实际测量中。本文介绍一种基于照相机现场视觉测量技术的浮空器囊体体积现场测量装置的设计方案,其内容包括:安装在浮空器外周的测量型照相机,与各测量型照相机连接的通讯模块组,通过通讯模块组控制测量型照相机进行拍摄和存储数据,应用测量软件完成被测浮空器三维模型重构,从而实现浮空器气囊体积的测量。本技术方案可以解决大型浮空器囊体体积测量的难题,过程简单,易操作,节省了人力和物力,结果准确。

关键词：浮空器柔性气囊体积测量装置

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新型仿生手设计与柔性触感研究

机械设计与研究 2022年第2期38卷 56-60,65页

作者：李文军李彩玲临汾职业技术学院山西临汾041000

针对多自由度仿生手成本高、感知能力差等问题,采用电磁丝杆传动结构,设计了基于单个电机驱动的6自由度机械仿生手。通过滑轮-弹簧复位方式,使手指驱动效率提升了6%,通过柔性气囊技术,使手指具备了仿人的触感反馈能力。与传统刚性仿生... 详细信息

针对多自由度仿生手成本高、感知能力差等问题,采用电磁丝杆传动结构,设计了基于单个电机驱动的6自由度机械仿生手。通过滑轮-弹簧复位方式,使手指驱动效率提升了6%,通过柔性气囊技术,使手指具备了仿人的触感反馈能力。与传统刚性仿生手相比,柔性气囊使接触面积提升了约4倍,冲击力可吸收17%以上,负载能力提升约4.6倍,极大提升了仿生手性能,研究结果为仿生手向低成本的仿生触感方向提供了思路。

关键词：电磁丝杆驱动效率柔性气囊触觉感知