4D打印:智能材料与结构增材制造技术的研究进展

4D打印技术是基于智能材料与结构的增材制造技术提出来的,4D打印制造的实体结构形状可以随外界环境发生变化。通过对形状记忆合金、形状记忆聚合物、压电材料、电致活性聚合物、光驱动型聚合物、水驱动结构等智能材料与结构的增材制造方法与驱动效果进行综合比较发现:直写打印成型具有适用性广的特点,单一智能材料的驱动性能有限;混合增材制造技术可以兼具多种智能材料的性能,拥有多种原位驱动模式,能够克服单一智能材料与结构的不足。文献综述表明:4D打印技术研究整体还处于实验室探索阶段;4D打印还需要在拓宽智能材料范围、开发打印软件、探索打印工艺、研究软材料打印方法、解决不同智能材料的兼容问题等方面展开深入研究,才能够在医疗、军事、航天等领域得到广泛应用。     

复杂形状封闭薄壳内部存在散射体时的内部散射声场计算

基于覆盖域的思想和方法，本文给出了复杂形状封闭薄壳在内部存在散射体时的内部散射声场计算表达式．研究结果表明，该内部散射声场可表示为封闭薄壳的内部散射声场和这些散射体的外部散射声场之和的形式．最后用数值分析验证了该结论的正确性．     

多层电磁弹性圆柱壳内波的轴向传播

对多层电磁弹性圆柱壳内波的轴向传播进行了分析。根据柱坐标系下电磁弹性多层结构的几何方程、平衡方程和本构方程,推导出了两个层间变量所满足的状态方程。通过状态方程的解和层间变量连续性条件,得到了多层圆柱体内外表面层间变量的传递关系。最后利用边界条件,导出了波在传播时所满足的频散方程,并求得该结构的模态参数。以一个三层的压电/压磁材料组成的柱壳结构作为数值算例,计算出波在其中轴向传播时的频散关系和模态参数,并对计算结果进行了分析。     

金型与钯型离子聚合物金属复合材料的含水量与变形规律

以具有典型工艺特征的金型和钯型离子聚合物金属复合材料(Au-IPMC和Pd-IPMC)为研究对象,旨在阐释不同工艺过程和电极制备的IPMC材料随含水量变化其机电性能存在差异的现象。测量了两种IPMC材料静态含水量和环境湿度之间的关系,探讨了材料在湿态和干态下与室温湿度交换平衡过程中含水量的动态变化规律,测试了不同含水量下IPMC材料的力电响应关系,并将其转换为不同的湿度环境下的响应关系。实验结果表明:两种电极的IPMC材料在不同的湿度条件下含水量及变形规律具有相似性,即高含水量下呈现松弛变形,低含水量下无松弛变形;与Pd-IPMC材料相比,不同湿度条件下对应的Au-IPMC含水量相对偏低,且在95%稳态湿度下,Au-IPMC材料具有更好的驱动性能,变形达到17.4mm。     

垂直冲击减振系统的仿真研究

冲击减振系统的研究已有许多理论成果和应用实例,但大多是基于活动质量作水平运动的力学模型而进行的．文中对活动质量垂直运动的冲击减振系统进行了理论上的分析和数值仿真,并与活动质量水平运动系统的减振效果进行了比较,得到了活动质量垂直运动系统比水平运动系统的最大减振幅值增大４％的结论;分析了系统各参数值对减振的影响规律．研究结果对实际工程具有一定的指导意义．     

温度对介电弹性体材料力电耦合变形的影响（固体力学大会文章）

介电弹性体（Dielectric elastomer,简称DE）材料是一类在电场激励下可以产生大幅度尺寸或形状变化的新型柔性功能材料。DE材料具有非常宽的温度应用范围,这种宽的温度工作范围和快速大变形性能为各种柔性致动器结构提供了良好的基础,但作为一种粘弹性高分子材料,温度对其性能的影响也是非常明显的。然而到目前为止,所有关于DE材料驱动性能的研究仅局限于室温条件下,温度变化对DE材料力电耦合稳定性的影响几乎没有相关报道。基于此,通过实验研究了温度对最常用的DE材料（VHB 4910,3M）力电耦合变形的影响,结果表明：升高温度可以提高DE材料的力电耦合变形;温度越高,DE材料越容易发生力电耦合失效。然后,从热力学和粘弹性力学出发,建立了考虑温度影响后的DE材料的粘弹性力电耦合模型,数值模拟理论结果和实验结果非常吻合。     

响应面模型与多目标遗传算法相结合的机床立柱参数优化

针对传统方法在复杂机械结构优化设计中的低效性和局限性,提出了一种将响应面模型与多目标遗传算法相结合的优化设计方法.采用拉丁超立方试验的设计方法,在设计空间抽取样本点并进行数值模拟,建立了由7个设计参数所决定的立柱最大变形、首阶固有频率及质量的初始二阶响应面模型.利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,得到了Pareto最优解集.仿真结果表明,在质量不变的条件下,优化解可使立柱首阶固有频率增加15.9%,导轨处最大变形减小7.7%,可通过有限次数的数值模拟计算获得设计空间内的近似最优解,因此较适用于机床及类似复杂结构的多目标多参数的优化设计.     

腔体声传递函数计算方法及实验研究

阐述了低频腔体声场的声传递函数的概念，提出了一种实验求解声传递函数的方法，即在腔体壁面各测点的力与速度、腔内关键位置力与声压之间频响函数测量的基础上，求解声传递函数的线性方程组。由一矩形腔体声传递的求解实例，证明了这种声传递函数求解方法的可行性。     

基于遗传算法的静电反馈式微传感器多目标优化

讨论了一种新型梳齿式静电反馈微加速度计的多目标参数优化问题，从耦合静电场能量关系出发，建立了系统的动态模型．在此基础上，以灵敏度、分辨率和动态响应为优化目标，通过目标规划法，构建了系统的多目标优化模型．利用遗传算法进行优化求解，并与序列二次规划法的优化解进行了对比分析，研究结果表明，这2种算法均能成功地求解优化问题，但遗传算法可得到设计者更为满意的多目标有效解．研究工作为进一步利用遗传算法的随机性和潜在并行性进行系统的Pareto多目标优化提供了基础．     

开式数控回转头压力机机身动态响应的研究

针对开式数控回转头压力机机身传统设计方法的不足，建立了打击载荷的理论模型，用有限元法完成了J92K—25型机身的动态分析，并进行了实验验证，得到了在静态分析中没有出现的重要结论：机身动应力的峰值交替出现在曲轴孔的顶点、机身喉口下过波圆角处及前后地脚螺钉孔附近，在振动过程中，前后地脚螺钉孔处的应力有时会更高。由于该机不会发生共振，所以连续行程次数还可以进一步提高。打击中心沿x，z方向均有一定的错移，其中在x方向的错移最大。最后，提出了控制最大动应力、打击中心在x和z方向错移及机身动态垂直变形的动态设计新方法，这对高速度、高精度、受冲击载荷机床的动态设计有重要意义。