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Ionic polymer metal composites actuators with enhanced driving performance by incorporating graphene quantum dots 被引量:1
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作者 YIN Guo-xiao HE Qing-song +2 位作者 YU Min WU Yu-wei XU Xian-rui 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期1412-1422,共11页
In order to further improve the driving performance of ionic polymer metal composites(IPMCs),Nafion/graphene quantum dots(GQDs)hybrid membranes incorporating GQDs with various contents of 0,0.1 wt.%,0.5 wt.%,1.0 wt.%,... In order to further improve the driving performance of ionic polymer metal composites(IPMCs),Nafion/graphene quantum dots(GQDs)hybrid membranes incorporating GQDs with various contents of 0,0.1 wt.%,0.5 wt.%,1.0 wt.%,2.0 wt.%and 4.0 wt.%were fabricated by solution casting,and then IPMCs were manufactured by electroless plating.The water contents and elastic moduli of the hybrid membranes were tested.The morphology characteristics of the hybrid membranes and the IPMCs were observed,and the current,AC impedance,blocking force and displacement of the IPMCs were measured.The results show that the elastic modulus of the hybrid membranes decreases,the water content increases,and the actuation performance of the IPMCs improves significantly after the addition of GQDs.IPMC with 1.0 wt.%GQDs exhibits the best driving property.Compared with the IPMC without GQDs,the working current,ion conductivity,blocking force,and tip displacement increase by 94.67%,311.11%,53.66%,and 66.07%,respectively.These results lay a solid foundation for the preparation of IPMCs with high performance,and further broaden their applications in biomedical devices and bionic robots. 展开更多
关键词 graphene quantum dots hybrid membrane ionic polymer metal composites actuation performance
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基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术研究现状及发展趋势
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作者 张海波 罗江海 +5 位作者 徐志强 周鑫翊 马伟刚 王传民 姜胜林 谭划 《航空制造技术》 北大核心 2025年第3期32-40,66,共10页
飞机飞行过程中,悬浮的过冷水滴在飞机表面结冰,会严重影响飞机的飞行安全,除冰技术是提高飞机安全性能的重要方法。其中,压电除冰技术具有能耗低、结构简单的优点。本文综述了基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术,探讨了低频压电... 飞机飞行过程中,悬浮的过冷水滴在飞机表面结冰,会严重影响飞机的飞行安全,除冰技术是提高飞机安全性能的重要方法。其中,压电除冰技术具有能耗低、结构简单的优点。本文综述了基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术,探讨了低频压电共振除冰方法和高频超声波除冰法的原理、优缺点,总结了除冰系统中压电材料的发展,分析了传统含铅压电陶瓷、无铅压电陶瓷的优缺点和适用范围,展望了柔性压电复合材料在飞机除冰中的应用。制备大功率压电陶瓷与高性能压电复合材料将是飞机除冰技术中的两个重要研究方向。本文为飞机除冰技术的改进提供了思路。 展开更多
关键词 压电陶瓷 除冰 柔性压电复合材料 致动器 振动
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仿鱼形阻流体无阀压电泵混合泵送机理与验证
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作者 纪晶 李胜多 +3 位作者 胡彩旗 胡笑奇 谢煜喆 李垚 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第2期359-366,416,共9页
为提高无阀泵的泵送性能和混合效果,提出一种仿鱼形复合阻流体致阀、致涡、多输入输出及泵阀分体的无阀压电泵。首先,通过对正向、反向绕流仿鱼形复合阻流体流阻的比较,诠释了仿鱼形阻流体致阀、致泵机理;其次,数值模拟了仿鱼形复合阻... 为提高无阀泵的泵送性能和混合效果,提出一种仿鱼形复合阻流体致阀、致涡、多输入输出及泵阀分体的无阀压电泵。首先,通过对正向、反向绕流仿鱼形复合阻流体流阻的比较,诠释了仿鱼形阻流体致阀、致泵机理;其次,数值模拟了仿鱼形复合阻流体绕流场,指出流体涡的产生及运动是实现高效混合流体的原因;然后,分析了振子周期性振动驱动流体传输的工作过程;最后,制作泵样机并进行了泵送性能试验。结果表明:在驱动电压及频率为180 V和10 Hz时,泵送纯水的瞬时流量达到111.24 mL/min,泵送混合液体的瞬时流量达到94.10 mL/min,混合液质量分布均一,颜色均匀稳定;仿鱼形复合阻流体及其无阀泵能够实现对流体的混合输送,且混合输送流体的能力优于同类无阀泵。 展开更多
关键词 无阀 压电泵 压电振子 仿鱼形复合阻流体 混合泵送
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CFRP在航天伺服作动器轻量化设计中的应用探索
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作者 郑波 胡逸洲 +2 位作者 丁勇 孙春彦 崔文宇 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第4期74-80,共7页
随着运载火箭重型化发展,伺服作动器重量因其功率等级的大幅提升而增加,传统材料和结构设计方式已很难进一步提高产品的功重比。碳纤维复合材料具有低密度、可设计性强、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳等优点,作为大型结构件已广泛应... 随着运载火箭重型化发展,伺服作动器重量因其功率等级的大幅提升而增加,传统材料和结构设计方式已很难进一步提高产品的功重比。碳纤维复合材料具有低密度、可设计性强、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳等优点,作为大型结构件已广泛应用于航空航天领域。伺服作动器作为发动机推力矢量控制的关键单机,其减重具有十分重要的意义,国内外对于碳纤维复合材料作动器均已开展相关研究,但国内尚未见成熟工程应用案例。本文针对航天伺服作动器的应用特点,以工程应用为目标,从碳纤维复合材料作动器结构设计、铺层设计与仿真、摩擦副表面增强方式以及成型工艺方法几个方面开展相关研究。设计制造了碳纤维复合材料伺服作动器样机,相比同规格金属作动器实现减重49.2%,样机完成了相关液压试验,功能性能与现有作动器相当,初步具备工程应用的技术基础。本研究工作为运载火箭提升运力、降低能耗起到了积极推动作用。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 伺服作动器 轻量化设计
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铝合金作动部件表面复合PTFE硬氧膜层减摩抗磨性能
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作者 胡波 任俊辉 +3 位作者 石晓飞 白常宁 强力 张俊彦 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期278-289,共12页
铝合金材料比强度高、易于加工,但表面硬度低,耐磨性差,其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等,广泛应用于航空作动系统。然而,硬质阳极氧化膜层(硬氧膜层)存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题,易加剧摩擦配副... 铝合金材料比强度高、易于加工,但表面硬度低,耐磨性差,其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等,广泛应用于航空作动系统。然而,硬质阳极氧化膜层(硬氧膜层)存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题,易加剧摩擦配副磨损而泄漏,严重制约其实际服役。为了改善铝合金硬质阳极化膜层表面粗糙度,提升其减摩性能以满足新一代航空作动部件对减重及高机动性的服役需求,利用原位合成技术在铝合金表面制备复合PTFE硬氧膜层,研究表面粗糙度对其表面复合PTFE硬氧膜层和传统硬氧膜层不同配副方式下摩擦磨损行为的影响,并对复合PTFE硬氧膜层耐磨性能进行工程化模拟验证。研究结果表明:复合PTTE硬氧膜层较传统硬氧涂层更加致密,且硬度更高;其摩擦因数(0.08)较传统硬氧涂层(0.14)降低约40%,磨损量则降低2个数量级;在产品功能性试验中未发现脱落,磨损量小,能够满足产品性能需求;在产品实际使用中具有自抛光效应,这更有利于缩短产品生产周期及大幅度降低成本。提出一种更有利于缩短产品生命周期、大幅降低成本的复合硬氧膜层工艺,并在产品功能性试验中得到检验,在工程化应用中具有重要的推广意义。 展开更多
关键词 铝合金作动部件 复合PTFE硬质阳极化膜层 摩擦学性能 工程化验证
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空间可展开索网天线振动自适应复合控制方法
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作者 宿鹏 刘磊 +2 位作者 杨政霖 李青 王辉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第14期220-228,共9页
为抑制空间可展开索网天线在服役阶段因外部激励引起的结构振动,提出一种自适应复合控制方法对天线结构振动进行高增益精准控制。首先,采用多根并联主动拉索作为执行器建立索网天线动力学模型。然后,综合比例积分微分(proportional-inte... 为抑制空间可展开索网天线在服役阶段因外部激励引起的结构振动,提出一种自适应复合控制方法对天线结构振动进行高增益精准控制。首先,采用多根并联主动拉索作为执行器建立索网天线动力学模型。然后,综合比例积分微分(proportional-integral-differential,PID)控制和滤波-x最小均方控制设计自适应复合控制器,基于天线结构主振频率通过多个独立窄带自适应子控制器提供高控制增益,改善PID控制针对频率振动控制增益不足的问题。最后,以天线结构径向振动主动控制为目标进行仿真试验验证研究。仿真和试验结果表明自适应复合控制方法具有良好的控制性能,验证了自适应复合控制方法对天线结构振动的高效控制能力。所设计控制方法为天线结构振动主动控制提供了一种有效的技术手段。 展开更多
关键词 索网天线 振动主动控制 复合控制 自适应控制 拉索作动器
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复合加热下形状记忆合金微驱动器的响应性能研究
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作者 黄亦康 曹云 +2 位作者 王阔 聂伟荣 席占稳 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第5期144-148,176,共6页
针对形状记忆合金微驱动器在直接电加热方式下响应缓慢,无法满足武器系统应用的需求,利用碳纳米管薄膜质量轻、厚度小,加热瞬时响应的优势,提出了1种基于碳纳米管薄膜外部加热和直接电加热复合的方法,开展了复合加热下形状记忆合金微驱... 针对形状记忆合金微驱动器在直接电加热方式下响应缓慢,无法满足武器系统应用的需求,利用碳纳米管薄膜质量轻、厚度小,加热瞬时响应的优势,提出了1种基于碳纳米管薄膜外部加热和直接电加热复合的方法,开展了复合加热下形状记忆合金微驱动器的响应性能研究。介绍了复合加热原理、形状记忆合金微驱动器的结构特点和工作原理,并结合仿真分析,设计了3种加热膜结构及其复合加热方案。搭建了形状记忆合金驱动过程动态测试平台,开展了不同加热条件下微驱动器的响应性能试验,分析了温度、电流、功率等因素对响应性能的影响。结果表明:复合加热下微驱动器的响应性能均有不同程度的提升;相同加热条件下不同加热膜结构对响应性能的提升存在显著差异;加热膜温度为330℃时响应性能提升最大,响应时间减少了29.4%。 展开更多
关键词 形状记忆合金微驱动器 碳纳米管薄膜 复合加热 响应性能
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PVDF基薄膜复合SMA片式弯曲驱动器
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作者 钱国明 朱孔军 +3 位作者 吉爱红 刘超 杨立佣 黄卫清 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期487-495,共9页
形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)作为智能驱动材料之一,因具有变形量大、变形方向自由度大且变形可短时急剧发生等特点得以广泛开发应用。目前关于SMA的应用主要围绕其形状记忆特性与伪弹性特性,且皆与温度直接相关,但较低的响应... 形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)作为智能驱动材料之一,因具有变形量大、变形方向自由度大且变形可短时急剧发生等特点得以广泛开发应用。目前关于SMA的应用主要围绕其形状记忆特性与伪弹性特性,且皆与温度直接相关,但较低的响应频率限制了其适用范围。基于此,本文在聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)中引入锆酸铅钡(Pb0.8Ba0.2ZrO3,PBZ)纳米陶瓷纤维,采用溶液流延法将其涂覆于NiTi片表面制备PBZ/PVDF@SMA片式复合弯曲驱动器,室温下通过PBZ/PVDF薄膜的电卡效应加热及冷却SMA片式弯曲驱动器,并与传统电流加热与自然冷却SMA方式作对比,旨在缩短SMA片式弯曲驱动器循环周期,同时获得较高的位移输出,通过仿真模拟揭示PBZ/PVDF复合薄膜加热与冷却SMA片式弯曲驱动器过程。 展开更多
关键词 形状记忆合金 薄膜 复合弯曲驱动器 循环周期 位移输出
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模块化压电驱动多足式微爬行机器人
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作者 贾慧洲 曾潇丰 +2 位作者 尹灿辉 吴宇列 肖定邦 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期429-440,共12页
目前基于智能复合微结构(Smart composite microstructure, SCM)工艺的压电式多足微爬行机器人一般采用整体设计、整体组装的方式,虽然结构紧凑、集成度高,但结构间相互耦合严重,并且装配和维护困难。针对该问题,提出一种模块化制造、... 目前基于智能复合微结构(Smart composite microstructure, SCM)工艺的压电式多足微爬行机器人一般采用整体设计、整体组装的方式,虽然结构紧凑、集成度高,但结构间相互耦合严重,并且装配和维护困难。针对该问题,提出一种模块化制造、自由式组装的多足微爬行机器人设计方法,并据此研制一种水平布置的四足模块化微爬行机器人。首先提出了整机的模块化设计方案,开展了多自由度腿的结构设计。其次研究了压电驱动模块、微角运动模块以及二自由度腿的具体加工和组装流程,完成了对各模块的加工与测试。然后开展了机器人的整体装配,并基于Trot步态利用Adams进行了机器人的运动仿真。最后对机器人进行了实际的运动测试,初步验证其运动性能,为后续优化设计以及更多形式的模块化微爬行机器人的开发奠定基础。 展开更多
关键词 微爬行机器人 压电驱动 多足运动 智能复合微结构工艺 模块化设计
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风力发电机叶片检测机器人的设计与分析
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作者 张岩 胡晓林 +1 位作者 王凯铭 黄华 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期159-168,共10页
针对风力发电机叶片检测难度大及传统机器人检测效果不佳的问题,设计了一种基于足履式移动和复合式吸附的风机叶片检测机器人。首先,对机器人在叶片表面移动时的力学特性进行建模,计算其无滑移和倾覆时所需的吸附力,并根据计算结果进行... 针对风力发电机叶片检测难度大及传统机器人检测效果不佳的问题,设计了一种基于足履式移动和复合式吸附的风机叶片检测机器人。首先,对机器人在叶片表面移动时的力学特性进行建模,计算其无滑移和倾覆时所需的吸附力,并根据计算结果进行设备元件的选型;其次,根据机器人结构特性,设计相应的控制系统,并对其在叶片表面的移动步态进行规划与分析;最后,通过实验验证了机器人设计方案的有效性。实验结果表明,该机器人具备灵活的移动能力和良好的吸附性能,能够满足风机叶片检测的实际需求。研究结果促进了机器人在风机叶片检测中的实际应用,还为相关领域自动化检查技术的进步和推广提供了参考。 展开更多
关键词 足履式移动 复合吸附 叶片检测机器人 气压驱动
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液压作动器的复合控制设计及其稳定性研究
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作者 祁天军 李富荣 +2 位作者 黄绪山 王飞 赵钰峰 《机床与液压》 北大核心 2025年第10期115-123,共9页
针对液压作动器(HA)位置跟踪,设计一种基于奇异扰动理论的复合控制方法。从时间尺度分离的角度,将HA分解为慢速机械子系统和快速液压子系统,并采用奇异扰动理论进行复合控制。设计了一种基于障碍李雅普诺夫函数的带观测器反推控制器,提... 针对液压作动器(HA)位置跟踪,设计一种基于奇异扰动理论的复合控制方法。从时间尺度分离的角度,将HA分解为慢速机械子系统和快速液压子系统,并采用奇异扰动理论进行复合控制。设计了一种基于障碍李雅普诺夫函数的带观测器反推控制器,提出一种类似滑模面的误差变量,将二阶机械子系统转化为一阶误差子系统,由此将HA的位置跟踪误差约束分解为一阶误差子系统的输出约束和一阶液压子系统的稳定性问题。通过奇异扰动理论的稳定性分析,证明通过合理选择控制参数,所提方法能够实现位置跟踪误差约束和所需的稳定性能。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性和实用性。结果表明:所设计的复合控制器能够有效抑制液压作动器系统中的不确定性影响,确保位置跟踪误差在规定范围内;与传统的降阶模型非线性控制器(RNC)和反步设计控制器(BDC)相比,所提方法在位置跟踪精度和稳定性方面具有显著优势。 展开更多
关键词 液压作动器 复合控制设计 奇异扰动理论 稳定性控制
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基于LQR的宏微复合驱动器宏动控制策略 被引量:1
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作者 喻曹丰 张奇龙 +1 位作者 魏益军 陈志全 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第4期113-119,共7页
为提高宏微复合驱动器宏动部分的驱动控制精度,基于电磁力驱动原理,建立了宏动部分的动力学模型,并设计了线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制器和三闭环PID控制器。通过数值仿真和实验对比验证了LQR控制器的优越性... 为提高宏微复合驱动器宏动部分的驱动控制精度,基于电磁力驱动原理,建立了宏动部分的动力学模型,并设计了线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制器和三闭环PID控制器。通过数值仿真和实验对比验证了LQR控制器的优越性。实验结果显示,在无负载、定位行程为10 mm时,LQR算法控制下定位误差约为1μm,而三闭环PID算法控制下定位误差约为9μm;在负载为1 kg、定位行程为10 mm时,LQR算法控制下定位误差约为1μm,而三闭环PID算法控制下定位误差约为3.2μm。研究结果表明,LQR算法相较于三闭环PID算法,具有更高的定位精度、更小的超调量、更强的稳定性和更好的鲁棒性,能更好地满足宏微复合驱动器的宏动控制需求。 展开更多
关键词 宏微复合驱动器 LQR控制器 PID控制器 控制策略 动力学
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新型双气腔复合结构气动软体执行器设计与性能测试
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作者 许建明 张宏杰 +1 位作者 侯妍妍 孙亮 《机床与液压》 北大核心 2025年第4期114-120,共7页
为了提升双气腔复合结构气动软体执行器的抓取力输出性能和抓取稳定性,综合有限元分析和正交试验法,分析了快速、慢速气动网络结构弯曲变形、力输出能力的影响因素与相关规律,提出一种新型的双气腔复合结构气动软体执行器。该新型气动... 为了提升双气腔复合结构气动软体执行器的抓取力输出性能和抓取稳定性,综合有限元分析和正交试验法,分析了快速、慢速气动网络结构弯曲变形、力输出能力的影响因素与相关规律,提出一种新型的双气腔复合结构气动软体执行器。该新型气动软体执行器根部采用慢速气动网络,以增强执行器的结构刚度;执行器前部采用变高度快速气动网络,以充分利用该结构的变形能力。基础特性测试结果表明:新型双气腔气动软体执行器与改进前的执行器具有相似的变形能力,其最大末端输出力可达2.51 N,相较于改进前的执行器(2.04 N)提高了23.0%。抓取性能测试结果表明:当采用三指抓取模式时,新型执行器在包络抓取中能够保证执行器与目标物体之间的有效接触面积,能够稳定抓取质量为1 kg的砝码,是改进前最大抓取质量的2.5倍,展现出良好的应用前景。 展开更多
关键词 气动软体执行器 双气腔复合结构 气动网络结构 基础特性 抓取性能
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非连续干扰和执行器复合非线性下可变翼飞机切换滑模控制
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作者 蒙莉莎 陈晓明 +1 位作者 刘家冀 沈丹青 《电光与控制》 北大核心 2025年第3期42-50,共9页
针对近空间可变翼飞行器存在非连续干扰、不确定性、执行器死区和饱和非线性的复合问题,提出了一种基于滑模干扰观测器和辅助系统的自适应多模态切换滑模姿态控制器。首先,建立干扰和执行器非线性下飞行器的多模态非线性切换系统模型;然... 针对近空间可变翼飞行器存在非连续干扰、不确定性、执行器死区和饱和非线性的复合问题,提出了一种基于滑模干扰观测器和辅助系统的自适应多模态切换滑模姿态控制器。首先,建立干扰和执行器非线性下飞行器的多模态非线性切换系统模型;然后,针对不确定和非连续干扰,设计一种随模态同步切换的滑模干扰观测器对复合扰动进行估计;针对执行器存在死区和饱和复合非线性,引入死区右逆函数,将复合非线性等效为一个新的饱和环节,构造抗饱和辅助系统加以处理;接着,基于backstepping设计自适应多模态切换滑模面姿态跟踪控制器,不同于传统滑模控制,针对切换系统各个子系统设计不同滑模面,并通过一个过渡滑模面实现共同的坐标变换;利用Lyapunov理论和平均驻留时间法证明了闭环切换系统的稳定性;最后,通过与传统滑模控制对比,验证所提方法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 近空间可变翼飞行器 切换系统 干扰观测器 执行器复合非线性 切换滑模控制 平均驻留时间
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MXene基形状记忆复合材料研究进展
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作者 王武 邵春阳 +8 位作者 蔡天骄 朱雪荣 胡星 刘守林 李胜威 江政君 石尧 孙洁 樊志敏 《材料工程》 北大核心 2025年第6期74-86,共13页
MXene作为一类新型二维(2D)材料,因其卓越的电导率、高效的光热转换能力和丰富的终端基团而受到广泛的研究关注。然而,MXene的易氧化特性和较弱的力学性能在一定程度上限制其在多个应用领域的广泛使用。MXene基形状记忆复合材料不仅具... MXene作为一类新型二维(2D)材料,因其卓越的电导率、高效的光热转换能力和丰富的终端基团而受到广泛的研究关注。然而,MXene的易氧化特性和较弱的力学性能在一定程度上限制其在多个应用领域的广泛使用。MXene基形状记忆复合材料不仅具有增强MXene的抗氧化和力学性能,还能赋予材料宏观3D结构的智能响应特性。这些特性为MXene在信息传递、能量转换、电磁屏蔽和火灾安全防护等领域开辟新的应用途径。本文旨在全面回顾MXene基形状记忆复合材料的研究进展,深入分析其制备方法、形状记忆机制及应用潜力,为MXene基形状记忆复合材料的进一步研发和应用提供有价值的参考。同时,对MXene基形状记忆复合材料在高效制备、性能优化、多功能开发等未来走向及潜在稳定性提升与商业化挑战进行分析,有助于推动该领域的技术进步和创新。 展开更多
关键词 MXene 形状记忆效应 复合材料 致动器 三维结构
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Damage evolution and failure behavior of coal-rock combination subjected to different cyclic loading paths and loading rates: Insights from energy-driven effects
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作者 WANG Kai ZUO Xiao-huan +4 位作者 DU Feng SUN Jia-zhi JU Yang SHU Long-yong CAI Yong-bo 《Journal of Central South University》 2025年第9期3447-3469,共23页
In this study,a uniaxial cyclic compression test is conducted on coal-rock composite structures under two cyclic loads using MTSE45.104 testing apparatus to investigate the macro-mesoscopic deformation,damage behavior... In this study,a uniaxial cyclic compression test is conducted on coal-rock composite structures under two cyclic loads using MTSE45.104 testing apparatus to investigate the macro-mesoscopic deformation,damage behavior,and energy evolution characteristics of these structures under different cyclic stress disturbances.Three loading and unloading rates(LURs)are tested to examine the damage behaviors and energy-driven characteristics of the composites.The findings reveal that the energy-driven behavior,mechanical properties,and macro-micro degradation characteristics of the composites are significantly influenced by the loading rate.Under the gradual cyclic loading and unloading(CLU)path with a constant lower limit(path I)and the CLU path with variable upper and lower boundaries(path II),an increase in LURs from 0.05 to 0.15 mm/min reduces the average loading time by 32.39%and 48.60%,respectively.Consequently,the total number of cracks in the samples increases by 1.66-fold for path I and 1.41-fold for path II.As LURs further increase,the energy storage limit of samples expands,leading to a higher proportion of transmatrix and shear cracks.Under both cyclic loading conditions,a broader cyclic stress range promotes energy dissipation and the formation of internal fractures.Notably,at higher loading rates,cracks tend to propagate along primary weak surfaces,leading to an increased incidence of intermatrix fractures.This behavior indicates a microscopic feature of the failure mechanisms in composite structures.These results provide a theoretical basis for elucidating the damage and failure characteristics of coal-rock composite structures under cyclic stress disturbances. 展开更多
关键词 coal-rock composite samples cyclic loading loading and unloading rates RA-AF correlation macro-micro damage features failure behavior
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多刺激响应型高强度复合材料柔性致动器研究进展
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作者 盛洁 刘航 +5 位作者 王文乐 姜生坤 李明霞 黄正强 耿铁 蒋林 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第4期117-128,共12页
复合材料柔性致动器兼具灵活性、适应性和结构可设计性等特点,能够响应外界刺激而改变结构、形状和宏观性质,具有广阔的应用前景。本文总结了近几年复合材料柔性致动器在多刺激响应性与力学强度提高方面的研究进展,介绍了该类致动器的... 复合材料柔性致动器兼具灵活性、适应性和结构可设计性等特点,能够响应外界刺激而改变结构、形状和宏观性质,具有广阔的应用前景。本文总结了近几年复合材料柔性致动器在多刺激响应性与力学强度提高方面的研究进展,介绍了该类致动器的成型制备方法,分析了致动原理。从填料的维度出发,总结了各类填料在致动器响应速度、机械性能、多刺激响应能力方面的影响,总结了该类致动器在柔性机器人、微型医疗器械、精密传感器、折叠电子器件等方面的现状。最后,对多刺激响应型高强度复合材料致动器的发展前景进行展望,以期为设计制备具有新颖功能和更有挑战性的致动器提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 复合材料 柔性致动器 多刺激响应 增强填料 致动原理
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刚柔复合软指夹爪的设计与制作 被引量:3
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作者 雷亚雄 高宏力 +1 位作者 郭亮 杨恺 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第12期323-327,共5页
针对当前软指夹爪在水平方向抓取物体时侧向形变量大、负载小的缺点,提出了一种在其软指限制层内复合弹性钢片的方案。分别进行了刚柔复合的单指设计与实物制作、二指集成设计与实物制作、微型气压控制器的设计,搭建了一个简单的测试平... 针对当前软指夹爪在水平方向抓取物体时侧向形变量大、负载小的缺点,提出了一种在其软指限制层内复合弹性钢片的方案。分别进行了刚柔复合的单指设计与实物制作、二指集成设计与实物制作、微型气压控制器的设计,搭建了一个简单的测试平台,使用三种不同直径的玻璃杯,对两种二指手爪进行了压强-负载实验和负载-倾斜度实验。对照结果显示:提出的这种方案改善了软指夹爪侧向受力情况、减小了抓取时的软指侧向形变角度,并提高了负载能力,取得了良好的效果。 展开更多
关键词 软体机器人 气压驱动 刚柔复合 机械爪
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压电纤维复合材料对悬臂结构的作动行为研究 被引量:2
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作者 张博 谢华珂 +1 位作者 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1439-1447,共9页
压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关... 压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关系的研究,现有的以MFC为作动器的应用中所使用力电关系的精度有限,不利于将MFC投入更精密的使用场景.针对此问题,文章采用经典板理论,考虑了MFC与受控结构的相对尺寸,推导了MFC对悬臂结构的作动力方程.为兼顾计算的准确性和便利性,建立了考虑MFC叉指电极真实电场的精细有限元模型开展压电静力仿真,给出将MFC叉指电极的弯曲电场简化为匀强电场的修正系数.搭建MFC-悬臂梁结构的实验装置,对有限元模型和作动力公式加以验证.精细模型与简化模型的仿真结果与实验进行对比,总体误差较小,验证了模型和修正系数的可靠性.理论计算与仿真结果对比,误差在1%以内,表明所得作动力预测公式在较大的宽度比范围内均具有较好精度.建立的MFC作动力模型对MFC应用于悬臂结构的变形控制和振动抑制有一定指导意义. 展开更多
关键词 压电纤维复合材料 作动方程 叉指电极 压电静力实验
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柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器 被引量:1
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作者 钱国明 朱孔军 +4 位作者 李亚辉 严康 王婧 刘劲松 黄卫清 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期239-245,406,共8页
针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制... 针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。 展开更多
关键词 形状记忆合金 聚偏氟乙烯薄膜 锆酸铅钡纳米纤维 复合驱动器 电卡效应 缩短周期
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