四连杆膝关节假肢的动力学建模与分析

相比于单轴式膝关节,四连杆膝关节具有更好的仿生特性和运动安全性,因而在下肢假肢研究中得到广泛关注. 本研究以一款四连杆膝关节被动假肢为研究对象,主要关注足-地交互作用力以及膝关节单边接触力等强非线性因素对下肢假肢步态的影响. 为此,采用 Kelvin-Voigt 模型和库伦模型描述足-地接触力和摩擦力,并采用 Kelvin-Voigt 模型描述膝关节单边接触力,从而基于第一类拉格朗日方程建立假肢动力学模型. 本研究以步态实验测得的髋关节运动数据为模型的驱动信号,针对假肢的步态特征进行了数值分析. 计算结果显示,当膝关节液压阻尼器的刚度较小时,强非线性作用力会使假肢产生显著的亚谐波响应,进而导致步态周期失谐. 进一步研究发现,提胯行为能够避免步态周期失谐,这也为残疾人行走时的提胯等代偿行为提供了一种新的力学解释. 为了评价假肢步态与健康人实测步态的一致性,本研究进一步定义了步态相关系数并分析了膝关节液压阻尼器刚度、阻尼参数对相关系数的影响. 结果表明,通过合理的刚度、阻尼参数设计,两者步态的相关系数可达到 0.9 以上,这为四连杆膝关节被动假肢进一步优化提供了理论支撑.      

网络系统的控制与优化

<正>近年来,网络系统的控制与优化是国内外科学工作者重点关注的研究领域,该项研究与生物、社会系统和现代工程技术的发展密切相关.多智能体系统是一类具代表性的网络系统,它可普遍用于多机器人的编队控制、空间无人机的分布式队形控制,也可为传感器网络研究以及复杂系统的自主协调控制等提供必要的理论基础.其中的一个典型问题在于理解如何通过仅调节少量个体来控制整个网络系统的行为,这是对网络系统施加控制的一种     

水分子在氢化锂表面的吸附行为

运用理论分析方法计算研究了水分子在氢化锂表面的吸附行为,分析了氢化锂表面改性对其疏水性能的影响。结果表明,在LiH-111面和LiH-100面上构建槽结构、柱状结构后,水分子在其上的吸附力比完整表面更强,说明表面微结构的引入的确改变了势能分布。壁相交处存在势能叠加,加强了吸附水分子的能力,但是没有引起表面的亲水性能变化。水分子可以稳定的吸附在完美的LiH(001)表面,其解离能垒仅为0.386 eV,这一解离反应在室温下完全可以进行。水分子极易在具有结构缺陷的LiH表面解离,这是LiH在一定湿度的空气和水环境中极易分解的根本原因。     

3D打印贝壳仿生复合材料的拉伸力学行为

采用硬质和软质双组分材料,通过调控两种基体材料的装配夹角,采用光固化3D打印技术制备了不同装配方式的仿贝壳珍珠层复合材料,开展了准静态拉伸实验,结合扫描电镜观察,分析了其拉伸力学性能、断裂及能量耗散机理。研究结果表明,保持胞元边长不变,随着面内装配角度增加,仿贝壳珍珠层复合材料的强度呈线性增加趋势,断裂应变呈线性减小的趋势;随着面外装配角度增大,断裂应变呈线性减小趋势,而强度在面外装配角小于45°时呈增强趋势,超过45°时趋于稳定;面外装配角度为45°时,材料的强度达到最大值。试样在断裂前主要通过硬质材料的拔出、软/硬相界面处微裂纹的生成及微裂纹在扩展过程中的合并和偏转等方式耗散能量。     

含酰胺结构超低膨胀聚酰亚胺薄膜的热膨胀行为

采用联苯二酐与3种含酰胺结构二胺制备了具有不同取代基团的聚酰胺-酰亚胺薄膜, 考察了酰胺结构对薄膜力学、 耐热及尺寸稳定性的影响, 研究了聚集态结构与薄膜热膨胀行为的关系和规律. 该系列薄膜具有超高强度和优异的耐热性能, 拉伸强度高达280.5 MPa, 玻璃化转变温度在389~409 ℃, 并在30~300 ℃温度范围内表现出超低负膨胀, 热膨胀系数(CTE, ppm/℃, 即10 ⁶ cm·cm ^-1·℃ ^-1)在-3.05~-1.74 ppm/℃之间. 聚集态分析结果表明, 酰胺结构使分子链间形成了强氢键相互作用, 分子链在薄膜面内方向高度有序取向, 并在膜厚方向堆积更为紧密, 使薄膜表现出热收缩现象. 通过不同体积大小的取代基团进一步调控分子链间相互作用及排列堆积, 可实现薄膜在高温下近乎零尺寸形变, 为设计制备超低膨胀聚合物基板材料提供了新思路.     

Fatigue damage behavior of a surface-mount electronic package under different cyclic applied loads

This paper studies and compares the effects of pull-pull and 3-point bending cyclic loadings on the mechanical fa- tigue damage behaviors of a solder joint in a surface-mount electronic package. The comparisons are based on experimental investigations using scanning electron microscopy （SEM） in-situ technology and nonlinear finite element modeling, respec- tively. The compared results indicate that there are different threshold levels of plastic strain for the initial damage of solder joints under two cyclic applied loads; meanwhile, fatigue crack initiation occurs at different locations, and the accumulation of equivalent plastic strain determines the trend and direction of fatigue crack propagation. In addition, simulation results of the fatigue damage process of solder joints considering a constitutive model of damage initiation criteria for ductile materials and damage evolution based on accumulating inelastic hysteresis energy are identical to the experimental results. The actual fatigue life of the solder joint is almost the same and demonstrates that the FE modeling used in this study can provide an accurate prediction of solder joint fatigue failure.     

温度对磁流变胶复合材料动态力学性能的影响研究与分析

磁流变胶(MRG)是新一代磁流变材料,其有效克服了磁流变液易沉降等缺点。磁流变胶是由软磁颗粒悬浮在凝胶状基质中形成的,其流变特性主要受磁场和温度两个因素控制。本文制备了含有羰基铁粉质量分数为60%的聚氨酯基磁流变胶。系统研究了温度对磁流变胶流变特性的影响。结果表明,温度对磁流变胶的粘弹性有显著影响。测量了频率分别为0.1、5和15 Hz,振幅分别为10%和50%的谐波应变信号在5个温度水平下的迟滞响应,分析了磁流变胶的粘弹性特性,并采用粘弹塑性模型预测了磁流变胶的非线性迟滞特性。分析结果表明,粘弹塑性模型能够准确预测磁流变胶在不同温度下的迟滞特性。     

六偏磷酸钠对AZ31镁合金电化学行为的影响

为提高AZ31镁合金阳极的活化性能以及抑制它的腐蚀,用电化学等方法研究了在中性3.5%Na Cl体系中,六偏磷酸钠(Na6(PO3)6)对AZ31镁合金电化学行为的影响。结果表明:Na6(PO3)6能大幅度抑制AZ31镁合金的腐蚀,但极化程度有所增大。当Na6(PO3)6的质量分数为2.0%时,AZ31镁合金的缓蚀率高达74.9%,腐蚀后其表面均匀,且活化性能有所改善,在-1.10V处时合金的电流密度高达0.033 m A.cm-2,开路电位Eocp负移程度最大(-1.59 V),活化电位Eact负移程度最大(-1.38 V)。试验结果为AZ31镁合金作为电极材料提供了参考。     

邻位取代基对芳基杂环磷酸盐成核有效性的影响

以2,4-二叔丁基苯酚为原料分别合成2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠(NA-1)和2,2'-亚甲基双(4-叔丁基苯基)磷酸钠(NA-2),并将其应用于等规聚丙烯(i PP),研究该类芳基杂环磷酸盐成核剂邻位取代基对其成核有效性的影响.通过红外吸收光谱(FTIR)、核磁共振谱(NMR)、X-Ray多晶粉末衍射(XRD)、扫描电镜分析(SEM)和热分析对其化学结构、凝聚态结构、颗粒形貌和物性特征进行了表征,确定了NA-1和NA-2的分子结构和凝聚态颗粒的结构、形貌和物性特征.利用偏光显微观察(POM)、扫描电镜(SEM)断口分析、示差式扫描量热分析(DSC)和雾度测试分析对其与i PP的复合材料的晶粒结构、结晶行为及宏观光学性能进行测试表征.结果表明,添加量0.2%时,邻位叔丁基(NA-1)的存在可使复合材料球晶尺度更加细密,结晶温度比无邻位叔丁基(NA-2)增加5.1 K,等温结晶速率提高至0.56 w/g是NA-2的7倍,半结晶时间由NA-2的11.55 min下降至2.36 min,邻位叔丁基存在对材料透光率和雾度值的影响分别达到4.3%,7.4%.SEM断口分析表明二者在i PP基体中分散均匀,平均粒径相近分别为0.79μm和0.82μm,粒径分布曲线相近,二者分散分布的差异性不显著.     

界面扩张流变法研究C12mimBr对Gemini12-2-12在空气/水界面聚集行为的影响

采用界面扩张流变技术研究了季铵盐偶联表面活性剂C₁₂-(CH₂)₂-C₁₂·2Br (Gemini12-2-12)及其与离子液体表面活性剂溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑(C₁₂mimBr)复配体系的动态界面张力、扩张流变性质和界面弛豫过程等, 探讨了C₁₂mimBr 对C₁₂mimBr/Gemini12-2-12 混合体系界面性质的影响及C₁₂mimBr 对Gemini12-2-12界面聚集行为影响的机制. 结果表明, 随着离子液体表面活性剂的不断引入, 体系界面吸附达到平衡所需的时间逐渐缩短, 扩张模量和相角明显降低, 界面吸附膜由粘弹性膜转变为近似纯弹性膜; 同时, 界面及其附近的弛豫过程也发生显著变化, 慢弛豫过程消失, 快弛豫过程占主导地位, 且离子液体浓度越高, 快弛豫的贡献越大. 这些界面性质的变化主要归因于离子液体表面活性剂C₁₂mimBr参与界面形成及两表面活性剂在界面竞争吸附的结果. 少量离子液体表面活性剂C₁₂mimBr 的加入可以填补疏松的Gemini12-2-12 界面上的空位, 形成混合界面吸附膜. 随着C₁₂mimBr 含量的增加, 嵌入界面的C₁₂mimBr 分子数不断增多, 导致界面上相互缠绕的Gemini12-2-12烷基链“解缠”, 在体相和界面分子扩散交换的过程中“解缠”的Gemini12-2-12分子从界面上解吸回到体相, 与此同时, C₁₂mimBr 分子相对较小的空间位阻及较强的疏水作用促使其优先扩散至界面进而取代Gemini12-2-12分子, 最终界面几乎完全被C₁₂mimBr分子所占据.