软体智能机器人的系统设计与力学建模 被引量：16

1

作者 尹顺禹 许艺 +2 位作者 岑诺 金飘飘 李铁风 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期195-220,共26页

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... 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. 展开更多

关键词 软体机器人 智能软材料 力学建模 系统设计

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“刚-柔”共融型仿生机器鱼 被引量：9

2

作者 梁艺鸣 曹许诺 +4 位作者 陈祥平 张明琦 张桢 华强 李铁风 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1295-1301,共7页

智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉... 智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉应用到仿生机器人中,实现其结构柔软与大变形驱动.本文以蝠鲼为仿生原型,基于材料的电压驱动控制大变形机制,设计优化了一类介电高弹体薄膜面内驱动变形转化为扑动-波动混合型推进的驱动机构.将该机构用于胸鳍驱动的机器鱼系统,通过电子器件-刚性结构-柔性材料的融合集成,成功设计了一种材料与结构"刚-柔"共融型仿生机器鱼,并开展了相应的性能测试和功能集成."刚-柔"共融型仿生机器鱼通过分别独立控制两个胸鳍机构,可实现良好的机动性能;并利用高分子材料特性,可实现结构柔软与全透明化等优异的环境适应性能.该研究结果和机构设计原理将有望为"刚-柔"共融型机器人和仿生机器人的研究与应用提供参考. 展开更多

关键词 介电高弹体 共融机器人 仿生机器鱼

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压电超构材料及其波动控制研究:现状与展望 被引量：9

3

作者 袁毅 游镇宇 陈伟球 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2101-2116,共16页

弹性波超构材料是一种人为设计的周期结构材料,因其独特的力学性能而受到广泛的关注,在军用和民用领域都展现出重要而独特的应用前景.根据需求主动或被动地调控弹性波超构材料的力学特性,能够赋予其更强的适用性能.其调控的方式多种多样... 弹性波超构材料是一种人为设计的周期结构材料,因其独特的力学性能而受到广泛的关注,在军用和民用领域都展现出重要而独特的应用前景.根据需求主动或被动地调控弹性波超构材料的力学特性,能够赋予其更强的适用性能.其调控的方式多种多样,其中运用压电材料进行调控是一种方便、速度快、精度高、体积小且价格低的调控方式.文章中首先简要地介绍弹性波超构材料、可调超构材料、压电材料和几种常用的分流电路的基本特性.然后依据压电材料在弹性波超构材料中应用形式的不同,将其分为两大类:第一类中,压电材料作为主体结构材料或主体结构的一部分组成材料;第二类中,压电材料主要以压电弹簧或压电片的形式贴附于主体结构的表面或内嵌在结构中,作为激励器或/和传感器.文章主要介绍两种类型弹性波超构材料的研究内容和发展历史,涉及带隙调控、波导、负折射、超传输、拓扑态、隐身以及外接分流电路等.最后总结压电弹性波超构材料研究的不足之处并给出相应的未来研究展望. 展开更多

关键词 超构材料 压电材料 波动控制 分流电路

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具有表面效应的压电半空间中的表面波 被引量：7

4

作者 周伟建 陈伟球 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期597-604,共8页

纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于St... 纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于Stroh公式、Barnett-Lothe积分矩阵及表面阻抗矩阵,研究计入表面效应的任意各向异性压电半空间中的表面波传播问题,导出了频散方程.针对横观各向同性压电材料,假设矢状平面平行于材料各向同性面,发现Rayleigh表面波和B-G波解耦,并得到各自的显式频散方程.结果表明,Rayleigh表面波的波速小于偏振方向垂直于表面的体波,而B-G波的波速小于偏振方向垂直于矢状平面的体波.以PZT-5H材料为例,用数值方法考察表面残余应力和电学边界条件对表面波频散特性的影响发现:表面残余应力只对第一阶Rayleigh波有明显的影响;电学开路情形的B-G波比电学闭路情形的B-G波传播快.本文工作可为纳米表面声波器件的设计或压电纳米结构的无损检测提供理论依据. 展开更多

关键词 表面波 表面效应 压电材料 Stroh公式 频散关系

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基于三连杆动力学模型的仿人机器人站立平衡控制 被引量：6

5

作者 朱秋国 伍浩贤 +1 位作者 吴俊 熊蓉 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期451-457,共7页

为了解决仿人机器人抗扰动站立平衡控制问题,提出了一种三连杆动力学模型作为仿人机器人的简化模型,该模型充分考虑了机器人腿部、身体和手臂的连杆分布质量,相比于传统的线性倒立摆模型或者飞轮倒立摆模型具有更高的精确性.基于这种模... 为了解决仿人机器人抗扰动站立平衡控制问题,提出了一种三连杆动力学模型作为仿人机器人的简化模型,该模型充分考虑了机器人腿部、身体和手臂的连杆分布质量,相比于传统的线性倒立摆模型或者飞轮倒立摆模型具有更高的精确性.基于这种模型,设计了仿人机器人的站立抗扰动平衡控制器.首先将仿人机器人模型简化为三连杆动力学模型,通过参数辨识方法获取结构化的参数,并经过线性化处理,将复杂的非线性动力学模型线性化.然后采用线性二次调节器(LQR)设计机器人的平衡控制器.实验在仿人机器人KONG-II上进行,通过将机器人踝关节设置成具有一定阻尼特性的欠驱动状态,来实现三连杆动力学模型的形式.实验结果对比了机器人采用两连杆动力学模型和三连杆动力学模型时的抗外力扰动性能,验证了本文方法的有效性和鲁棒性. 展开更多

关键词 仿人机器人 站立平衡控制 三连杆动力学模型 线性二次调节器

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参激微机械谐振器幅频响应的翘尾效应及其电热调控 被引量：1

6

作者 刘中华 徐友良 宦荣华 《动力学与控制学报》 2024年第10期51-58,共8页

静电参激的微机械谐振器具有响应幅值大、相位噪声小等优势,近年来成为MEMS动力学领域研究热点.本文研究了微机械梁谐振器在强静电参激下的高阶非线性响应及基于电热电流的响应调控方法.首先,实验发现强静电力参数激励下微机械梁谐振器... 静电参激的微机械谐振器具有响应幅值大、相位噪声小等优势,近年来成为MEMS动力学领域研究热点.本文研究了微机械梁谐振器在强静电参激下的高阶非线性响应及基于电热电流的响应调控方法.首先,实验发现强静电力参数激励下微机械梁谐振器的幅频响应不再是Duffing硬化曲线,而在响应后半段出现“翘尾”现象.接着,建立了非线性谐振器的参激动力学模型,理论分析表明“翘尾”现象是由非线性阻尼和高阶非线性刚度共同作用引起.然后,研究了梁本体的电热电流对参激响应的影响规律,电热电流的引入会增加微谐振器的热弹性阻尼和轴向应力,从而实现响应幅值和共振区间的大幅调控. 展开更多

关键词 MEMS谐振器 参激共振 非线性 幅频响应

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Y形横梁六维力/力矩传感器的应变分析 被引量：5

7

作者 左盟 陈伟球 +1 位作者 杨明 鲍荣浩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1-8,共8页

设计电阻应变式六维力/力矩传感器的前提是预知其弹性结构的应变分布,而传统的基于几何建模的有限元分析设计方法存在耗时长、效率低等问题。针对Y形横梁六维力/力矩传感器的弹性结构,提出一种高效、精确的解析分析方法。详细考察了该... 设计电阻应变式六维力/力矩传感器的前提是预知其弹性结构的应变分布,而传统的基于几何建模的有限元分析设计方法存在耗时长、效率低等问题。针对Y形横梁六维力/力矩传感器的弹性结构,提出一种高效、精确的解析分析方法。详细考察了该六维力/力矩传感器弹性横梁在各轴力/力矩载荷作用下的变形特征,基于铁木辛柯梁理论建立简化的力学模型,从而解析地得到各轴力/力矩载荷作用下弹性横梁中应变的显式表达式,与有限元模拟进行对比。结果表明:解析模型给出的预测结果与有限元数值解基本吻合,说明了该解析模型的正确性和有效性,从而为Y形横梁六维力/力矩传感器的设计提供了高效、精确的解析手段。 展开更多

关键词 六维力/力矩传感器 Y形横梁 应变分布 铁木辛柯梁理论

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一种骨骼肌驱动的类弹簧生物混合游泳机器人

8

作者 何舒畅 周雨薇 +2 位作者 吴禹 李正伟 宋吉舟 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2024年第6期102-111,共10页

由活性生物体和软材料骨架构成的生物混合机器人能够响应外部激励并且智能地应对复杂环境,受到越来越多的关注,已成为机器人领域的研究热点和学术前沿.本文构建了一种骨骼肌驱动的类弹簧生物混合游泳机器人,它在电刺激作用下可以实现单... 由活性生物体和软材料骨架构成的生物混合机器人能够响应外部激励并且智能地应对复杂环境,受到越来越多的关注,已成为机器人领域的研究热点和学术前沿.本文构建了一种骨骼肌驱动的类弹簧生物混合游泳机器人,它在电刺激作用下可以实现单向游动.该生物混合游泳机器人由类弹簧软骨架、环状骨骼肌生物软体驱动器和薄膜鳍结构组成.系统的实验研究表明,所培养的环状骨骼肌生物软体驱动器在电刺激下可产生较大的收缩变形和主动收缩力,所组装制备的类弹簧生物混合游泳机器人在电刺激下可在液体环境中实现单向游动前进.这些结果将为设计复杂的生物混合机器人提供科学依据,未来在药物输送、原位活检等医疗健康领域具有重要应用前景. 展开更多

关键词 生物混合 骨骼肌 软体驱动器 游泳机器人

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智能软材料多场耦合本构理论及其在软体机器中的应用

9

作者 肖锐 钱劲 曲绍兴 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2024年第6期2-14,共13页

智能软材料能在外场作用下产生激励效应,且其智能响应行为与大变形深度耦合,这对建立其力学本构理论提出了重要挑战.本文以形状记忆聚合物、液晶弹性体、介电弹性体、磁敏弹性体、智能水凝胶为代表性智能软材料,介绍了上述材料的发展概... 智能软材料能在外场作用下产生激励效应,且其智能响应行为与大变形深度耦合,这对建立其力学本构理论提出了重要挑战.本文以形状记忆聚合物、液晶弹性体、介电弹性体、磁敏弹性体、智能水凝胶为代表性智能软材料,介绍了上述材料的发展概况以及在相关多场耦合本构理论领域的进展.智能软材料在软体机器人领域也有着广泛的应用前景,因此,本文也将探讨基于软材料多场耦合理论模型来设计软体机器人的现状以及不足之处,以期为后续该领域的发展提供借鉴. 展开更多

关键词 软材料 软体机器人 多场耦合

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双模态纳米孪晶金属材料的力学性能研究 被引量：4

10

作者 邬开 朱林利 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第5期494-498,共5页

针对双模态孪晶尺寸分布纳米孪晶多晶金属材料,结合双模态微结构尺寸分布的复合结构变形机制和纳米晶/纳米孪晶强化机理,在细观力学框架内考虑变形过程中微裂纹的产生极其对变形行为的影响,建立基于变形机理的塑性力学模型,探究此类纳... 针对双模态孪晶尺寸分布纳米孪晶多晶金属材料,结合双模态微结构尺寸分布的复合结构变形机制和纳米晶/纳米孪晶强化机理,在细观力学框架内考虑变形过程中微裂纹的产生极其对变形行为的影响,建立基于变形机理的塑性力学模型,探究此类纳米结构金属材料的应力-应变关系;分析屈服强度和延展性与相关参数的定量关系。计算结果表明:随着孪晶尺寸的减小,材料的强度和塑性性能均得到提高;同时,材料强度随着增强相的体积分数增大而增强,但塑性有所削弱,因此,可以通过优化不同孪晶尺寸组合以及选取合适体积分数得到强度和塑性良好的金属材料;该工作可为获得高强高韧纳米孪晶复合金属材料的制备提供理论指导。 展开更多

关键词 纳米孪晶 双模态孪晶尺寸分布 屈服强度 延展性 细观力学

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3D打印仿贻贝足丝结构的黏附性能

11

作者 徐万崟 谢宇 钱劲 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第3期261-272,共12页

贻贝足丝是一种自然界存在的高性能生物黏附器,能够在不同环境下提供贻贝⁃固体表面之间的黏附作用.近年来,许多研究者开始关注贻贝足丝的组成和宏微观结构对其黏附性能的定量影响,为仿生黏附器件的设计寻找思路.该文结合3D打印技术、脱... 贻贝足丝是一种自然界存在的高性能生物黏附器,能够在不同环境下提供贻贝⁃固体表面之间的黏附作用.近年来,许多研究者开始关注贻贝足丝的组成和宏微观结构对其黏附性能的定量影响,为仿生黏附器件的设计寻找思路.该文结合3D打印技术、脱黏实验和有限元方法,系统研究了形状和几何参数对仿贻贝足丝结构脱黏模式和黏附性能的影响机制.该文结果揭示了贻贝足丝的脱黏机理,发现贻贝足丝存在最优的足丝方向角,使其黏附性能最佳,探究了同一角度下足丝线⁃斑块连接位置和斑块底部形状对其黏附性能的影响.最后,模拟了束状仿贻贝足丝结构在竖直拉力作用下的完整脱黏过程,所获得的锯齿状脱黏曲线表明束状结构具有相对稳定的抗脱黏能力.这些研究结果有助于理解自然界贻贝足丝的脱黏行为,可为仿生黏附器件的优化设计提供基础和参考. 展开更多

关键词 贻贝足丝 仿生结构 结构因素 黏附性能 3D打印

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周期结构后屈曲新算法及其应用 被引量：3

12

作者 黄屹澜 高楠 +1 位作者 鲍荣浩 陈伟球 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期509-515,共7页

提出了周期结构后屈曲分析的一种新算法。在屈曲点附近,通过加载模型和诱导后屈曲边值问题之间的相互切换,避开屈曲点附近刚度矩阵的奇异性,并诱导结构产生预期的后屈曲变形,避免了以往后屈曲算法中引入几何初始缺陷后对系统带来的可能... 提出了周期结构后屈曲分析的一种新算法。在屈曲点附近,通过加载模型和诱导后屈曲边值问题之间的相互切换,避开屈曲点附近刚度矩阵的奇异性,并诱导结构产生预期的后屈曲变形,避免了以往后屈曲算法中引入几何初始缺陷后对系统带来的可能影响。通过对三种由超弹性材料所构成的周期孔隙结构的后屈曲分析,验证了本文所提出的后屈曲算法的有效性和灵活性。分析了周期孔隙材料多向加载对屈曲模式转换的影响,以及后屈曲变形对弹性波传播带隙的影响,为周期结构中弹性波传播的调控提供良好的基础。 展开更多

关键词 周期结构 孔隙软材料 后屈曲 带隙 弹性波调控

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可延展柔性无机电子器件的转印力学研究综述 被引量：3

13

作者 罗鸿羽 令狐昌鸿 宋吉舟 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2018年第9期128-142,共15页

可延展柔性无机电子器件将无机电子材料与柔性基体巧妙结合,既保持了无机电子材料优越的电学性能,又具备良好的延展性,在显示、能源、医疗健康、人机交互等领域具有广泛的应用前景.但是无机电子材料无法在柔性基体上直接生长和加工.为... 可延展柔性无机电子器件将无机电子材料与柔性基体巧妙结合,既保持了无机电子材料优越的电学性能,又具备良好的延展性,在显示、能源、医疗健康、人机交互等领域具有广泛的应用前景.但是无机电子材料无法在柔性基体上直接生长和加工.为解决这一难题,研究者发展了转印技术,将无机薄膜从其生长基体上剥离并印制到柔性基体上,成功实现可延展柔性无机电子器件的制备.本文简要综述了近年来转印技术的发展,阐述了各种转印技术的力学调控黏附机理,突出了力学在转印技术发展过程中的重要作用,并对未来转印技术的发展进行了展望. 展开更多

关键词 转印 黏附调控 断裂 柔性电子器件

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恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析 被引量：3

14

作者 梁超 张春利 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期206-215,共10页

论文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题.为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量... 论文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题.为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式.利用导出的解析表达式,数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响.计算结果表明:磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量,复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间. 展开更多

关键词 压电半导体 压磁 载流子 复合圆柱壳 多场耦合

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气压扰动下介电弹性体球膜的随机响应分析 被引量：3

15

作者 金肖玲 王永 黄志龙 《动力学与控制学报》 2017年第3期250-255,共6页

研究随机扰动的压力和恒常电压联合作用下的介电弹性体球膜,发展随机响应的分析方法并总结其规律,为计及介电弹性体的应变强化现象,其力学性能由Gent应变能模型描述,压力扰动近似为高斯白噪声.引入能量相关变换并应用随机平均法导出了... 研究随机扰动的压力和恒常电压联合作用下的介电弹性体球膜,发展随机响应的分析方法并总结其规律,为计及介电弹性体的应变强化现象,其力学性能由Gent应变能模型描述,压力扰动近似为高斯白噪声.引入能量相关变换并应用随机平均法导出了关于系统总能量稳态概率密度的简化Fokker-Planck-Kolmogorov方程,并解析得到方程的解,从而得到球膜伸长比及其变化率的稳态概率密度,进而得到伸长比的各阶统计量.研究针对两种典型情形进行,即球膜在伸长比为1附近的振动及球膜在材料拉伸极限附近的振动.详细讨论了激励强度、材料参数及常电压值对伸长比统计量的影响,特别强调了不同的材料参数和常电压值引起的不同振动模式.蒙特卡洛模拟证实了分析结果的有效性和精度. 展开更多

关键词 介电弹性体 球膜 随机平均法 随机响应

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MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法 被引量：2

16

作者 刘志强 夏磊 +2 位作者 张猛 黄志龙 宦荣华 《动力学与控制学报》 2022年第6期94-100,共7页

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平... 力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象,提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量,将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题,在此基础上获得了最优控制力的解析表达式,实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号(阶跃、周期和随机)进行检测仿真,发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号,测量信号频带达kHz量级,同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制,保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础. 展开更多

关键词 MEMS 最优控制 振动 力平衡传感器

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细胞骨架与细胞外基质的力学建模与分析 被引量：2

17

作者 龚博 林骥 +1 位作者 王彦中 钱劲 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2021年第10期1024-1044,共21页

细胞和生物组织需要适应人体内复杂的力学生物学环境,一方面要被动地承受外部环境中的机械力,另一方面在组织生长、修复等生理过程中,要积极主动地产生机械力调整自身的结构和形态.细胞和生物组织的力学性质主要由细胞骨架和细胞外基质... 细胞和生物组织需要适应人体内复杂的力学生物学环境,一方面要被动地承受外部环境中的机械力,另一方面在组织生长、修复等生理过程中,要积极主动地产生机械力调整自身的结构和形态.细胞和生物组织的力学性质主要由细胞骨架和细胞外基质决定,它们在微观上都是生物聚合物交联形成的复杂的、各向异性的三维网络结构.这方面早期的力学研究主要集中在通过各种网络模型,理解其普遍存在的非线性响应和硬化行为.近年来随着实验方法、理论建模和计算机模拟技术的大幅进步,这些生命介质的力学性质及其潜在的力学机理得到了更深入的理解.该文回顾了近些年细胞骨架和细胞外基质研究方面取得的部分进展,主要侧重动态交联属性、生物聚合物力学化学耦合赋予的主动材料属性、交联网络塑性和断裂,以及力学训练引发的自适应网络重构.发展细胞骨架与细胞外基质的力学模型与计算方法,分析该类生命介质的复杂力学行为,理解这些力学行为的潜在机制,可以加深人们对细胞和组织的力学生物学认识,并为人造生物材料和细胞组织工程提供基础和参考. 展开更多

关键词 细胞骨架 细胞外基质 生物聚合物网络 力学建模与分析

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弹塑性杆非线性断裂问题的新型增强有限元法 被引量：1

18

作者 顾永超 陈伟球 +1 位作者 刘伟 杨庆大 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期1-8,共8页

针对一维弹塑性材料杆件的非线性断裂,该文提出了一种新型弹塑性增强有限元。该单元采用von Mises屈服准则和线性等向硬化模型描述开裂前的材料弹塑性变形,而结合利用内聚力关系来描述随后的裂纹萌生和非线性断裂过程。引入内部节点来... 针对一维弹塑性材料杆件的非线性断裂,该文提出了一种新型弹塑性增强有限元。该单元采用von Mises屈服准则和线性等向硬化模型描述开裂前的材料弹塑性变形,而结合利用内聚力关系来描述随后的裂纹萌生和非线性断裂过程。引入内部节点来描述单元内由于裂纹引起的位移不连续,通过单元凝聚获得含裂纹单元的刚度矩阵,并对数值稳定性问题进行了分析。通过与基于材料力学方法推导得到的解析解的对比验证了该新型弹塑性增强有限单元法在列式上的正确性和在数值上的高效性与精确性。 展开更多

关键词 增强有限单元法 弹塑性 裂纹 内聚力关系 数值稳定性

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弹性纵波在压电-压电半导体周期杆中的传播 被引量：1

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作者 李德志 张春利 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1252-1257,共6页

为研究压电半导体周期结构中的弹性波传播特性,本文采用哈密顿变分原理推导出Love型压电半导体杆的基本方程;再在此基础上,针对由压电介质材料和n型压电半导体材料构成的周期杆,分别构建压电介质杆和压电半导体杆的状态方程;通过界面连... 为研究压电半导体周期结构中的弹性波传播特性,本文采用哈密顿变分原理推导出Love型压电半导体杆的基本方程;再在此基础上,针对由压电介质材料和n型压电半导体材料构成的周期杆,分别构建压电介质杆和压电半导体杆的状态方程;通过界面连续条件给出元胞两侧状态向量(轴向位移、电势、轴向应力和轴向电位移)的传递关系,并利用Bloch理论得到压电-压电半导体周期杆的色散方程。数值研究结果表明:初始电子浓度、元胞内压电半导体相的长度比和杆半径对该周期结构的带隙结构有调控作用;当初始电子浓度、杆长比、杆的半径增加时,第一带隙均会下移。该研究结果为基于压电半导体周期结构的器件设计提供了理论指导。 展开更多

关键词 压电半导体 周期结构 Love杆理论 状态空间法 带隙结构 弹性纵波 Bloch理论 压电电子学

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基于原子力显微镜的压痕技术及其应用

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作者 王晓萌 高扬 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期42-56,共15页

基于原子力显微镜的压痕技术具有高分辨、高精度等优点,是表征材料力学性质的重要手段,在材料科学、纳米科学、生物力学等领域具有广泛应用。首先,介绍了原子力显微镜及相关压痕技术的基本工作原理;然后,回顾总结了基于原子力显微镜的... 基于原子力显微镜的压痕技术具有高分辨、高精度等优点,是表征材料力学性质的重要手段,在材料科学、纳米科学、生物力学等领域具有广泛应用。首先,介绍了原子力显微镜及相关压痕技术的基本工作原理;然后,回顾总结了基于原子力显微镜的压痕技术在低维材料、软材料等领域的应用;接着,简要综述了原子力显微镜技术在二维材料高压相变方面的最新研究进展,着重介绍基于原子力显微镜的新型埃压痕技术,该技术可施加亚纳米级压痕深度,有效表征与调控二维材料的层间耦合作用;最后,对基于原子力显微镜的压痕技术在未来的发展和应用进行了展望。 展开更多

关键词 原子力显微镜 压痕技术 二维材料 高压相变

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