跑步机上行走的彩虹圈

对彩虹圈在跑步机上行走的现象给出力学解释。     

弹簧刚度对被动步行的稳定性影响

由人类步行的生物力学研究得到启发,在被动双足步行机器人的髋关节处引入了扭簧,并通过仿真和试验研究了弹簧刚度对被动步行稳定性的影响.在仿真中,用胞映射方法计算被动步行机器人的吸引盆,并用吸引盆来衡量机器人的稳定性,研究了弹簧刚度对被动步行吸引盆大小的影响. 仿真结果表明, 吸引盆随着弹簧刚度的增大而增大. 在试验中,使机器人在各弹簧刚度参数下沿斜坡向下行走100次,记录下行走到头的次数作为稳定性的度量. 试验结果表明, 存在一个大小适中的弹簧刚度使机器人稳定性最大. 对弹簧提高机器人稳定性的原因进行了分析,对造成仿真与试验之间差异的原因进行了分析.      

波形弹簧的非线性计算模型

本文应用Ritz法导出了波形弹簧的载荷与变形之间的非线性关系。在推导过程中,同时考虑了弹簧周向曲率、波形曲率、附加弯曲的影响。经过验证,本文计算结果与实测结果相当接近。     

HUMAN-LIKE CONTROL FOR SEMI-PASSIVE BIPEDAL ROBOT WALKING WITH VARIABLE LEG STIFFNESS1)

研究了变刚度半被动双足机器人行走控制问题。采用仿人的行走控制策略,使用变刚度双足弹簧负载倒立摆模型,利用模型自稳定性,在双支撑阶段调整后腿刚度使机器人的能量保持在期望能量附近,在单支撑阶段调整摆动腿落地位置控制质点的高度和前向速度。仿真结果表明：本文采用的控制策略可以实现双足机器人在水平面上的稳定行走,无扰动时可以使机器人实现零输入的被动周期行走,有外部扰动时腿部变刚度控制可使机器人总能量恢复平衡并重新进入稳态行走,控制系统具有鲁棒性。     

变刚度半被动双足机器人行走的仿人控制1)

研究了变刚度半被动双足机器人行走控制问题。采用仿人的行走控制策略,使用变刚度双足弹簧负载倒立摆模型,利用模型自稳定性,在双支撑阶段调整后腿刚度使机器人的能量保持在期望能量附近,在单支撑阶段调整摆动腿落地位置控制质点的高度和前向速度。仿真结果表明：本文采用的控制策略可以实现双足机器人在水平面上的稳定行走,无扰动时可以使机器人实现零输入的被动周期行走,有外部扰动时腿部变刚度控制可使机器人总能量恢复平衡并重新进入稳态行走,控制系统具有鲁棒性。     

INVESTIGATION OF MOLECULAR SPRING ON VIBRATION ISOLATION MECHANISM AND MECHANICAL PROPERTIES

分子弹簧是一种由水和布满微孔的疏水沸石颗粒组成的隔振缓冲介质. 当振动、冲击发生时,随着外力对分子弹簧加载卸载,水分子进出沸石颗粒的疏水微孔,实现能量的存储、释放和消耗. 通过疏水微孔内液柱受力平衡和界面层热力学平衡分别建立了水侵入单条疏水微孔的模型,分段模拟了水分子侵入大量疏水微孔的过程,推导了分子弹簧受压过程中力-变形的关系,采用准静态试验对理论分析结果进行了验证,并计算了分子弹簧的隔振性能,结果表明：理论与试验结果具较好的一致性,分子弹簧在加载与卸载过程中呈现高-低-高的三段分段刚度,使得分子弹簧隔振系统在工作段具有极低固有频率,特别适合于低频重载情况下的隔振缓冲应用.     

带缩放式腿的四足步行机器人的三足支撑步行的动力学分析

本文讨论带缩放式腿的四足步行机器人的三足支撑步行运动。采用半逆解法预先规定运动学补充条件进行运动学分析,应用达朗伯原理和若丹原理进行动力学分析,并附加优化条件解决“超静定性”困难。所分析的结果用于计算一个具体机器人的动力学问题。     

对称扭杆弹簧系统隔振性能研究2000-04-03收稿.

对扭杆弹簧隔振系统的研究表明,扭臂的质量对系统的性能有比较大的影响.虽然系统可获得长的共振周期,但由于扭臂的质量不为零,地基振动的加速度被直接耦合进系统,从而严重地降低了系统的隔振性能.     

FREE VIBRATION OF TAUT CABLE WITH DAMPER AND PARALLEL SPRING

分析了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的自由振动特性,由系统的运动方程及边界条件 得到其复特征值方程。进一步研究了系统的极限解,由此讨论了拉索-并联弹簧-阻尼器系统的模态变化分区现象。以拉索-并联弹簧-阻尼器系统的二阶模态解为例,给出了模态频率和阻尼比的变化分布区间及其对应振型的变化情况。讨论了系统分区中存在的模态交叉现象;同时也讨论了斜拉索垂度对于一阶振动模态变化规律的影响。研究表明拉索-并联弹簧-阻尼器系统的振动模态演化因并联弹簧-阻尼器的位置不同而存在的明确的分区现象;安装并联弹簧和阻尼器后拉索的模态阻尼比和模态频率均可明显提高。     

橡胶弹簧非线性刚度的有限元解

本文探讨了用双重非线性有限元手段，求解橡胶弹簧的非线性刚度。橡胶的本构关系采用了广义虎克定律和基于应变能的超弹性材料的本构关系联合使用的方案，用单元内的静水压力ｐ，来修正广义虎克定律的弹性常数Ｅ和Ｇ。还提出了带刚性域的超单元和波前凝聚法两种新的办法，获得橡胶弹簧的刚度，使内存用量和ＣＰＵ时间大幅度下降。因而几何、物理双重非线性橡胶弹簧的计算，能在微机上实现。文内选用英国ＤＵＮＬＯＰ橡胶公司橡胶元件     

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

无限平板内埋裂纹线弹簧模型

建立了无限平板内埋椭圆形裂纹的弹簧模型,用积分变换方法推导了问题的控制积分方程笔应力强度因子的表达式,给出了数值结果,并与现有交替迭代解进行了比较,结果表明模型的应用是合理的。     

DYNAMIC ANALYSIS OF A LOADED SHOULDER-POLE DURING WALKING

建立了扁担挑物的动力学模型和动力学方程,并进行了数值求解。扁担挑物时存在三种频率,即重物类似于单摆的振动频率、挑运者的步行频率和扁担-重物系统铅垂方向的振动频率。计算结果表明,为了获得较好的挑担体验,三种频率应该相互协调。当人挑担行走的频率为扁担-重物系统铅垂方向振动频率的70%,$\sim$,80%时,肩部铅垂附加动反力为重物重力的30%左右且与肩部铅垂运动同相,当重物类似于单摆的振动频率为人步行频率的25%,$\sim$,30%时,重物的摆角和肩部受到的水平附加动反力均较小,从而有利于人挑担行走。     

具有半刚性节点性质的平面刚架弹簧单元的研究

联合应用力法与逐段刚化法推导出具有半刚性节点性质的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元的单元刚度方程. 该方法具有物理概念清楚,推导过程简便、巧妙的特点. 本文所建立的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元可以应用在具有半刚性节点性质的工程结构的承载力分析与计算中.     

完备化ANCF薄板单元及在钢板弹簧动力学建模中的应用

绝对节点坐标方法已在多体系统动力学研究中广泛应用, 但常用来描述板壳类结构的薄板单元, 由于梯度不完备而无法直接用于带有初始弯曲参考构型的柔性体变形描述. 为避免全参数板单元建立车辆钢板弹簧模型时存在的严重截面闭锁问题, 拟采用薄板单元用于板簧建模. 为此, 探索了将现有绝对节点坐标薄板单元纳入一般连续介质力学弹性力表达的方法, 采用中面上单位法向量作为单元厚度方向的梯度向量, 从而得到了完备化的薄板单元及其描述初始弯曲构型时消除初应变的方法. 在此基础上通过定义簧片的未变形构型, 在钢板弹簧中引入可控的预应力, 实现对钢板弹簧装配过程的准确模拟. 通过数值算例验证了本方法的正确性. 建立了车辆钢板弹簧模型, 通过建立在簧片上的局部坐标系实现接触点的跨单元搜索, 并采用惩罚函数法和平滑化的库伦摩擦模型施加簧片间的接触力. 引入参考节点的概念建立了整合车身与吊耳及其机构运动关系的刚柔耦合模型.}}      

一种滞弹簧耗能的新型离散元滚动阻力模型研究

颗粒间滚动阻力对颗粒体系的稳定性起着重要作用. 在传统的离散元法中, 滚动阻力模型通常由转动弹簧、转动黏壶和摩擦元件表达, 颗粒滚动动能由黏滞力(矩)和摩擦力做功耗散. 由于黏滞力(矩)与滚动速度相关, 临近静止状态的颗粒滚动速度变小, 动能耗散减弱, 传统的离散元模拟得到颗粒由滚动到静止耗费的时间比试验观测的结果要长. 为解决这一问题, 基于摩擦学理论分析了滚动阻力产生的材料滞弹性机理, 将其引入离散元滚动阻力模型, 提出了一种速度无关型动能耗散的滞弹簧, 给出了滞弹簧的弹性恢复力计算公式, 建立了一种新型的离散元滞弹性滚动阻力模型(HDEM). 为验证新型滚动阻力模型的正确性, 通过一个光学物理试验对单个圆形颗粒试件的自由滚动过程进行了测量, 将测量数据与新型的滞弹型离散元模型和传统离散元模型计算结果进行了对比. 结果显示, 基于滞弹性滚动阻力模型HDEM计算结果与试验数据吻合程度更高, 而且模拟得到的颗粒摆动频率更符合试验现象.      

基于变形动力学模型的黏弹性材料本构关系

本文从分子运动学理论出发建立了表征材料粘弹性变形的内变量演变方程,从不可逆过程热力学的基本方程和该内变量演变方程导出了积分型线性粘弹性应力应变关系。     

接触与摩擦对行走影响的仿真与实验研究

主要通过实验测量的方法研究被动行走中的足地接触过程,得到接触过程对行走稳定性的影响,对实验测量结果与仿真计算结果进行了对比,得到了较好的吻合效果.     

基于内变量理论的一种广义粘弹性本构方程

以Ｂｉｏｔ理论为基础，将弹性应变与非弹性尖变均取作状态为量，引入耗散势，建立了一种率相关非弹性本构关系及演变方程，进而导出一种广义的粘弹性本构方程。     

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简单回顾了被动行走的发展,建立了无量纲形式的平面直腿圆弧足被动行走动力学 模型,详细介绍了被动行走模型仿真的步骤. 并且采用胞胞映射计算得到该圆弧足模型的吸 引盆,发现该模型的吸引盆大于以前研究者研究的点状足模型的吸引盆. 这表明在初始状态 变量偏离不动点很大时,模型仿真仍可收敛到稳定的步态,即该模型具有较高的鲁棒性.