软体智能机器人的系统设计与力学建模

机器人或机电装备通常由电机模组、液压元件、齿轮和铰链等硬质部件构成,具有动力足、精度高等优点,但在实现低噪声、高安全系数与亲和性等方面存在挑战.受自然界生物体的柔软特性与高环境适应性的启发,设计制造软体机器人是近年来机器人领域的研究热点.作为软体机器人的核心构成部分,智能软材料可在外界不同刺激下产生不同响应,具有材料柔韧、生物相容性好、易于制备、价格低廉等优点,可广泛应用于机器人的设计与制造.几类典型的具备驱动功能的智能软材料与结构获得广泛的研究,包括气动软体肌肉、形状记忆合金/聚合物、离子交换聚合物、介电高弹体、响应水凝胶等.本文介绍了多种驱动类型的软体智能机器人研究成果,并从软体智能机器人的系统设计与力学建模两个方面进行了归纳分析与讨论.      

一种锚泊条件下捷联惯导系统级标定方法

捷联惯导的误差参数标定,一般是在实验室静基座或外场轻微晃动干扰基座下进行的,不能满足舰船出海期间在锚泊条件下对捷联系统进行标定的需求。针对此问题,提出了一种舰船锚泊条件捷联系统级标定方法。通过设置合适的卡尔曼滤波器量测误差参数和延长系统级标定时间,来减小锚泊运动的影响,使系统级标定结果准确稳定。通过设置不同的惯导系统误差,进行多次锚泊条件系统级标定仿真,对所提方法进行验证。仿真结果表明,在经过系统级标定后,加速度计零偏误差小于10μg,陀螺和加速度计的刻度系数误差小于30ppm,两者的安装误差角小于10'。舰船锚泊条件系统级标定方法可以在舰船出海后不依赖外部测量信息标定惯导的部分参数,具有一定的应用参考价值。     

向审稿人致谢

2019年以来,许多专家为《计算力学学报》审阅了大量稿件,付出了辛勤的分动。由于他们的工作,刊物的质读得以提高,读者、作者和编者均从中获益。在此,《计算力学学报》编委会谨向广大审稿专家致以诚挚的谢意!     

基于粒子滤波的运动目标光电定位仿真研究

运动目标的光电定位不能像静止目标那样简单做均值滤波,鉴于此,引入粒子滤波算法,它不仅可以应用于线性系统,而且还适用于非线性系统。结合光电定位需求,详细推导了计算公式及初值和参数选取公式,对只含测量噪声以及含有测量和运动噪声等的海面运动目标光电无源定位算法进行了仿真计算,验证了算法的有效性,讨论了噪声强度对滤波效果的影响,滤波参数选择对滤波效果的影响,目标运动方式对滤波跟随性的影响,重采样算法对滤波效果的影响等。所得结论为:粒子滤波可用于运动目标光电定位过程,可有效降低定位误差;粒子滤波算法具有较强鲁棒性,适用于噪声较大、目标运动形态变化大等情况。     

功能梯度球形水凝胶的化学力学耦合分析

作为一种新型智能材料,水凝胶具有特殊的化学力学耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝胶具有更好的适应性和可调控性.本研究中假设交联密度沿径向按幂函数规律变化,并基于水凝胶的大变形多场耦合一般理论,采用Flory-Huggins自由能函数,建立了功能梯度球形水凝胶在球对称情形的控制方程,并开展了功能梯度球形水凝胶在给定内压和化学势情行的非均匀大变形溶胀行为的理论研究.计算结果表明,不同梯度指数的球形水凝胶的内压、内孔半径曲线和内压、内表面径向伸长率曲线均呈现出一段稳定区间和另一段不稳定区间,说明内压超出某临界值会发生失稳并导致水凝胶的最终破坏.内压的临界值随梯度指数的增大而增大.研究表明,功能梯度球形水凝胶的材料参数(梯度指数、亲疏水特性、交联密度和溶剂分子的体积)和环境化学势对水凝胶溶胀行为具有重要的影响.在给定内表面压力的情况下,功能梯度球形水凝胶内表面的径向位移随梯度指数的改变接近为线性变化,而随其他参数的影响都呈现出明显的非线性.本研究有助于实现水凝胶智能结构和器件在复杂条件下的精准调控.}      

上海市力学学会60年

上海市力学学会成立于1959年9月20日,到今年正好是一个甲子．60个春秋真实写照了上海市力学学会的建立、成长、发展与壮大的过程．60年来,在上海市科协的领导和中国力学学会的指导下,在各团体成员单位的大力支持下,上海市力学学会一代代力学工作者薪火相传、开拓耕耘,历届理事会及下属工作委员会和专业委员会团结奋进、不断创新,广大会员踊跃参与,为上海力学大力发展、力学人才精心培养、力学知识科学普及、力学服务国家发展战略和区域经济建设中做出了重要贡献,学会持续发展壮大．在庆祝力学学会成立六十周年之际,让我们共同抒怀上海力学六十年薪火相传、回顾近10年重要发展,展望上海力学新时代．     

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

曲轴轴向运动对粗糙表面曲轴主轴承润滑性能影响的研究

内燃机实际工作中,在多种影响因素综合影响下,曲轴进行旋转运动的同时,还存在沿轴承轴线方向的运动. 以某四缸四冲程内燃机曲轴-轴承系统为研究对象,综合考虑曲轴轴向运动、曲轴变形和摩擦表面粗糙度,基于平均Reynolds方程,建立了耦合曲轴轴向运动的粗糙表面主轴承润滑分析模型,着重研究了倾斜曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响. 分析中,采用试验法实测曲轴沿轴承轴线方向的运动规律,应用有限单元法求解曲轴受载变形导致轴颈在轴承孔中倾斜状况. 结果表明:曲轴轴向运动对粗糙表面内燃机主轴承润滑特性影响显著;计及曲轴轴向运动时内燃机各主轴承轴颈轴心轨迹均为1条不封闭的三维空间曲线;曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响程度与摩擦表面粗糙度直接相关;计及曲轴轴向运动时摩擦表面粗糙度对主轴承润滑特性影响趋势及程度均发生明显变化.      

基于EMD-PSO-LSTM组合模型的船舶运动姿态预测

由于船舶在海上航行时的高随机性和复杂性,单一模型预测能力有限,难以做出准确姿态预测。因此,提出一种基于经验模态分解(EMD)和粒子群优化(PSO)的长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型,对船舶运动姿态进行预测。首先通过EMD算法将由惯性导航系统在实时测量得到的船舶运动姿态数据进行分解,得到有限个本征模函数(IMF)。然后,利用PSO-LSTM模型学习各IMF分量的短期时序规律并进行预测,将各IMF分量的预测值相加得到最终的预测结果。基于实测数据进行仿真的结果表明,该组合预测模型分别比LSTM模型和PSO-LSTM模型在姿态角的预测中平均绝对百分比误差分别降低了约11%和7%,有效提高了船舶运动姿态预测精度。     

骨断裂力学概述

本文涉及近年来骨断裂力学的发展成果.对建立在张开型和剪切型断裂能基础上的方法作了回顾,并讨论了密度、试件厚度和裂纹速度对骨断裂的影响.最后简述了人股骨的试验研究.