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通孔球壳胞元结构压缩力学性能

材料导报 2024年第9期38卷 220-225页

作者：牛克心余为郝颖燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室河北秦皇岛066004

球壳胞元结构作为一种新型轻质功能材料,在航空航天、交通运输等领域有着广阔的应用前景。本工作通过实验和数值模拟的方法对简单堆积的通孔球壳胞元结构受压缩时的力学性能进行了研究,得出其名义应力-应变曲线,分析了结构的有效弹性模... 详细信息

球壳胞元结构作为一种新型轻质功能材料,在航空航天、交通运输等领域有着广阔的应用前景。本工作通过实验和数值模拟的方法对简单堆积的通孔球壳胞元结构受压缩时的力学性能进行了研究,得出其名义应力-应变曲线,分析了结构的有效弹性模量、屈服极限、平台应力、比吸能等性能随球壳壁厚和球心距变化的规律。结果表明,部分球壳胞元结构在压缩过程中出现屈曲现象,并翻转形成塑性铰,从而增强结构的承载能力。球壳胞元结构的有效弹性模量、屈服极限随着球心距增大呈先增加后减小的规律,其平台应力和比吸能随着球心距增大而增加。综合各项数据可得,球壳胞元结构的球心距大于等于18.0 mm是更理想的结构形式。

关键词：球壳胞元结构压缩实验数值模拟有效弹性模量比吸能

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含多种碰撞约束振动系统的周期运动转迁特性

吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 902-916页

作者：王世俊罗冠炜兰州交通大学机电工程学院兰州730070 兰州交通大学甘肃省轨道交通装备系统动力学与可靠性重点实验室兰州730070

研究了一类含刚性及弹性复合约束的两自由度受迫振动系统,基于双参数协同仿真的数值计算方法,在关键参数激振力频率和两质块间间隙值构成的参数平面上获得了系统周期运动的模式类型和存在区域;揭示了无冲击振动和相邻基本周期冲击振动... 详细信息

研究了一类含刚性及弹性复合约束的两自由度受迫振动系统,基于双参数协同仿真的数值计算方法,在关键参数激振力频率和两质块间间隙值构成的参数平面上获得了系统周期运动的模式类型和存在区域;揭示了无冲击振动和相邻基本周期冲击振动之间、相邻基本周期运动之间的转迁规律;分析了弹性约束刚度变化对系统周期运动模式类型和存在区域的影响。结果表明:无冲击振动和相邻基本周期运动之间、相邻基本周期运动之间都存在两类主要的转迁区域,包括舌状域和迟滞域;舌状域中包含具有规律性的亚谐运动,这些亚谐运动和相邻的基本周期运动在舌状域边界线附近构成迟滞域群;增大弹性约束处的刚度值,会使得双参数平面中低频率域的概周期运动、混沌运动存在域显著增大,并分割周期运动存在域。

关键词：机械设计复合约束碰撞振动协同仿真迟滞域群分岔

深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 214-223页

作者：孙英郭腾蛟李笑河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300401

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压... 详细信息

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压模型。仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在0.05~4.8 mm深度检测范围内,灵敏度为185.72 mV/mm,响应时间和恢复时间分别为31 ms和43 ms,且具有良好的重复性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过2.4%。将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提供参考。

关键词：深度检测形貌检测逆磁致伸缩触觉传感器

基于L型铁钴的三维力触觉传感器设计及输出特性

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电工技术学报 2024年第16期39卷 4944-4954页

作者：崔淼李明明黄文美翁玲河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

该文提出了一种基于L型铁钴丝的三维力触觉传感器,利用磁致伸缩材料铁钴合金设计制作了三维力触觉传感单元,并测试了该结构的输出特性。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,推导了输出电压方程。搭建触觉传感单元实验... 详细信息

该文提出了一种基于L型铁钴丝的三维力触觉传感器,利用磁致伸缩材料铁钴合金设计制作了三维力触觉传感单元,并测试了该结构的输出特性。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,推导了输出电压方程。搭建触觉传感单元实验平台,对传感器进行法向和切向标定,设计的传感器法向测力范围为0~13 N,切向测力范围为0~6 N,输出特性具有良好的线性关系。其中,0~8 N法向力范围内灵敏度约为23.997 mV/N,9~13 N法向力范围内灵敏度约为17.537 mV/N;0~4 N切向力范围内灵敏度约为11.599 mV/N,5~6 N切向力范围内灵敏度约为6.281mV/N。在4Hz频率、2N法向力条件下,该传感器动态响应的输出电压幅值变化范围为46.5~49.8mV,与静态力输出电压幅值的相对误差低于5%,响应时间和恢复时间分别为25 ms和29ms,表明该传感器具有良好的动态特性。分别采用广义逆矩阵和BP神经网络对传感器测得的三维力进行解耦,其中,BP神经网络解耦方法平均误差仅有2.90%,可有效提高测量精度。该传感器体积小、输出线性度好,可同时实现静态力和动态力的测量,在智能机器人等领域具有良好的应用前景。

关键词：逆磁致伸缩效应 BP 神经网络 L 型铁钴丝动态力测量静态力测量

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轴向运动复合材料薄壁梁的横向振动分析

动力学与控制学报 2024年第6期22卷 24-32页

作者：郭庆吕世伟富强沈振兴燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室秦皇岛066004

研究可轴向运动复合材料薄壁梁的动力学特性.基于VAM(变分渐进法)复合材料薄壁梁理论,采用Euler-Bernoulli梁模型并根据Hamilton原理来建立复合材料薄壁梁的动力学方程.应用假设模态法对薄壁梁进行自由振动分析,通过比较研究验证了该建... 详细信息

研究可轴向运动复合材料薄壁梁的动力学特性.基于VAM(变分渐进法)复合材料薄壁梁理论,采用Euler-Bernoulli梁模型并根据Hamilton原理来建立复合材料薄壁梁的动力学方程.应用假设模态法对薄壁梁进行自由振动分析,通过比较研究验证了该建模方法的正确性,并分析了几何参数和物理参数对薄壁梁固有频率的影响.推导了轴向运动复合材料薄壁梁的横向振动方程,借助四阶Runge-Kutta法进行数值计算,研究了不同纤维铺层方式和不同匀速度大小对可轴向运动复合材料薄壁梁横向振动末端位移响应的影响.

关键词：轴向运动梁叠层复合材料薄壁梁假设模态法横向振动

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基于相位调谐的旋转摆盘发动机驱动机构运动与受力分析

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机械工程学报 2024年第3期60卷 109-119页

作者：魏振航王世宇夏春花天津大学机械工程学院天津300350 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350 天津市非线性动力学与控制重点实验室天津300350

旋转摆盘发动机具有结构紧凑和比功率大等优点,广泛应用于潜航器和鱼雷等军事装备中。利用坐标变换矩阵求得了摆盘轨迹、活塞位移和连杆摆角的解析表达式,揭示了斜轴夹角和摆盘半径等结构参数对摆盘运动和连杆摆角的影响规律。考虑活塞... 详细信息

旋转摆盘发动机具有结构紧凑和比功率大等优点,广泛应用于潜航器和鱼雷等军事装备中。利用坐标变换矩阵求得了摆盘轨迹、活塞位移和连杆摆角的解析表达式,揭示了斜轴夹角和摆盘半径等结构参数对摆盘运动和连杆摆角的影响规律。考虑活塞分布的空间对称性以及燃气压力变化的时间对称性,利用相位调谐原理分析了摆盘的受力特征,揭示了燃气压力谐波阶次和活塞个数对摆盘受力的影响规律。研究结果表明,摆盘边缘的运动轨迹呈球面“8”字形;由于连杆的空间摆动,活塞位移并非连杆大头位移沿活塞轴向的分量;通过调整活塞个数与燃气压力谐波阶次之间的组合关系,可平衡摆盘上的力或力矩。

关键词：摆盘发动机驱动机构运动规律受力分析相位调谐

一维六方准晶纳米尺度孔边周期III型裂纹断裂力学分析

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固体力学学报 2024年

作者：童鸣肖俊华燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室

本文理论研究了一维六方准晶弹性体中孔边III型周期多裂纹的断裂力学问题。基于表面弹性理论考虑纳米缺陷(孔洞和周期裂纹)的表面效应，利用解析函数边值问题理论并结合保角变换技术得到了问题的应力场，推导了裂纹尖端的声子场和相位... 详细信息

本文理论研究了一维六方准晶弹性体中孔边III型周期多裂纹的断裂力学问题。基于表面弹性理论考虑纳米缺陷(孔洞和周期裂纹)的表面效应，利用解析函数边值问题理论并结合保角变换技术得到了问题的应力场，推导了裂纹尖端的声子场和相位子场应力强度因子和能量释放率的解析表达式。讨论了孔径尺寸、裂纹数量、裂纹长/孔径比、声子场-相位子场耦合系数和施加载荷对无量纲场强因子和无量纲能量释放率的影响。研究表明：不考虑表面效应时耦合系数、施加载荷和孔径尺寸对无量纲场强因子无影响；考虑表面效应时无量纲场强因子和无量纲能量释放率都存在着显著的尺寸依赖效应；声子场和相位子场之间有明显的耦合效应；裂纹数量对无量纲场强因子和能量释放率的影响受到缺陷尺寸的制约；施加的声子场和相位子场载荷对无量纲场强因子和能量释放率的影响不同。

关键词：表面效应表面弹性理论一维六方准晶纳米孔边周期裂纹应力强度因子能量释放率

考虑表面效应时涂层纤维增强复合材料的动态有效力学性能

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工程力学 2024年

作者：郭强肖俊华燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料... 详细信息

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料常数、界面性能对复合材料动态有效力学性能的影响。分析表明：表面效应对复合材料动态有效力学特性的影响显著，纤维半径越小、涂层壁厚越大、波频率越高，表面效应就越明显。特别软或特别硬的涂层都会掩盖复合材料中纤维模量的作用，涂层界面性能的影响随着涂层模量增大而减弱。

关键词： SH波表面效应纳米复合材料广义自洽方法动态模量

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谷神星一号运载火箭的时变模态参数辨识

振动工程学报 2024年第5期37卷 729-736页

作者：马志赛丁千刘百奇刘建设张军锋董威利天津大学机械工程学院天津300350 天津市非线性动力学与控制重点实验室天津300350 北京星河动力装备科技有限公司北京100176

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输... 详细信息

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

关键词：运载火箭时变模态参数谷神星一号递推辨识