人体步行的稳定性

本文讨论人体双足步行运动的动态稳定性。建立由躯干、双臂和双腿组成的多刚体人体模型，给出限制质心地面投影变化范围的动态稳定域。分析表明，对具有正常行走能力的人体，步行稳定性应取决于外部条件。地面粗糙程度、质心高度、步长、腿长和足长等是影响步行稳定性的重要因素     

钟形橡胶弹簧的扭转刚度计算

钟形橡胶弹簧的扭转刚度计算赖远明，张孟喜（兰州铁道学院，兰州７３００７０）钟形橡胶弹簧广泛应用于交通运输中，如ＳＳ＿１型电力机车上的中央支承，内燃机车柴油机上的支承座等等。由于其形状复杂，目前还没有相应的扭转刚度计算公式，为此本文导出其计算公式。由于...     

不同类型水平弹簧组合刚度非线性吸振器的性能分析及稳定性研究

动力吸振器作为一种振动控制单元被广泛运用于各种工程场合,但传统的线性吸振器只能实现窄带振动控制.文章在线性吸振器的基础上引入对称水平弹簧构建线性刚度与非线性刚度相结合的组合刚度非线性吸振器,以提升吸振器的吸振性能.考虑实际工程中可能的安装方式,分别建立水平弹簧接地安装和不接地安装的组合刚度非线性吸振器模型,利用谐波平衡法结合弧长延拓法解析求解动力学响应,并与数值结果相互验证,证明了求解结果的准确性.随后分析比较两种组合刚度非线性吸振器与线性吸振器以及非线性能量阱之间的吸振性能,发现水平弹簧接地安装类型的组合刚度非线性吸振器在保留线性吸振器优势的同时又改善其吸振频带窄的缺点,且与非线性能量阱相比在主共振频率附近的较宽频内吸振性能更优.在此基础上,讨论了水平弹簧参数以及吸振器阻尼对主结构振动幅频响应和稳定性的影响,最后观察分析主结构幅频响应曲线不稳定区内的复杂动力学行为.研究结果表明合适的设计参数能够使得主结构振动峰值较低的同时,频响曲线不稳定运动区域的范围也较小.     

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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.     

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     

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。     

多稳态串联折纸结构的非线性动力学特性

折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的 广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞 结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构 双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指 出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征. 逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂 非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动. 根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的 吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的 多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非 线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义.      

加强筋的扭转刚度对受压加筋板稳定性的影响

对于在受压边筒支，纵向加筋的受压加筋板，本文给出了求解临界载荷的特片方程的精确形式，并用解析方法详细地分析了加强筋的扭转刚度对临界载荷和失稳模态的影响；指出了影响程度与加强筋的弯曲刚度及板的几何参数之间的关系。     

翼状韧带断裂对枕颈部稳定性的生物力学评价

本文应用三维运动测量分析方法，用新鲜人体标本实验模拟枕颈部翼状韧带断裂，对测量结果进行分析比较，阐明了翼状韧带断裂对枕颈部稳定性影响的生物力学特性，为确定枕颈部的稳定性提供了相应的生物力学评价和理论依据。     

变截面钢板弹簧刚度计算的传递矩阵法

钢板弹簧悬架是商用汽车的关键部件,对整车的平顺性以及操纵稳定性有着重要影响,采用变截面少片簧代替多片簧是整车轻量化的重要趋势。由于变截面钢板弹簧成型的复杂性,传统的设计计算方法存在较大误差。在精确分析梯形梁单元变形特性的基础上,提出了一种新的变截面板簧刚度计算的传递矩阵法。对于广泛应用的各种变截面板簧,一般只需十来个单元即可得到非常逼近于有限元精确分析的结果。最后,通过不同类型板簧和不同方法的对比计算验证了该方法的有效性。     

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.     

摩擦与滚阻对被动行走器步态影响的研究

本文研究了圆弧足被动行走器支撑足与地面间的摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响.首先分别利用扩展的赫兹接触力模型和LuGre摩擦模型描述了支撑足与地面接触点处的法向支撑力和切向摩擦力,并考虑了行走过程中支撑足所受的滚动摩阻;其次利用第二类Lagrange方程推导出了该系统的动力学方程,并通过与已有成果的对比确定了合适的LuGre摩擦模型参数;最后仿真分析了摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响.研究发现:摩擦系数的改变虽然对被动行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较小,但摩擦系数的减小会改变其行走步态类型,如发生倍周期分岔甚至混沌现象;然而,滚阻系数的改变会对行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较大,尚未发现滚阻系数的改变会引起其行走步态的变化.     

双足机器人动态步行稳定的判据

本文以七刚体十二自由度双足步行机器人为模型,推导了动态步行稳定的判别条件.这一判别条件可用于校核双足步行机器人运动规划的可行性,也对调整修正运动规划有指导作用.     

铁磁性梁的振动和动力稳定性

本文研究了线性铁磁性简支梁在轴向力和横向磁场作用下的振动和动力稳定性,导出了有涡电流时梁的动力学方程,并讨论了涡电流对梁动特性的影响.     

粘弹性板的非线性动力稳定特性分析

采用Boltzman积分型本构关系,分析了线粘弹性薄板在考虑几何线性与非线性时的长期动力稳定特性.设材料为标准线性固体,将系统的微分-积分型控制方程转化成微分型控制方程,由增量谐波平衡法确定主要动力不稳定区域的边界,发现粘弹性结构具有与一般阻尼系统不同的动力稳定特性,由于材料的粘性阻尼与松弛效应的综合影响,动力不稳定区域有不同程度的缩小与偏移,且在考虑几何线性与非线性情形下,其影响程度又不一样.     

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。     

直立人体的稳定性

讨论直立人体的稳定性问题。以受控的倒置双复摆作为人体模型，分析影响直立稳定性的主观和客观条件，建立限制人体质心地面投影位置的动态稳定域，从而对实践中的现象作出理论解释。     

八脚机器爬虫运动仿真分析

采用叠层IPMC为片状脚,设计左右非对称分布的八脚机器爬虫模型,通过输入电压波形实现动力驱动.运用刚-柔混合技术,确定柔性体片状脚与刚性体地面接触模式,设计合理的行走步态,获得向前不间断的动力驱动.整个分析过程借助于ANSYS和ADAMS有限元分析软件完成,在ANSYS中建模,并获取32阶模态,通过ADAMS分析完成八脚机器爬虫的运动分析.经参数研究发现,较小的动力驱动和较高的驱动频率既能让机器爬虫保持一定速度,又能使其载重得到一定程度增加,且整体稳定性良好.