微机械谐振器中内部共振机制的研究及其频率稳定化应用 背景介绍 微机械谐振器（micromechanical resonators）在现代时间保持和传感设备中扮演着至关重要的角色，因其高频率、高品质因数和高灵敏度而备受青睐。然而，这些谐振器的极低阻尼特性可能导致多种非线性现象，进而影响其频率稳定性。其中，达芬硬化效应（Duffing hardening effect）是一个主要的限制因素，它通过振幅变化引起频率漂移，即所谓的振幅-频率效应（amplitude-frequency effect）。近年来，内部共振（internal resonance, InRes）作为一种有效的方法，被提出用于缓解这一问题并增强频率稳定性。内部共振通过非线性耦合项促进具有可通约频率比的振动模式之间的能量交换，从...

非线性系统随机响应谱研究：分数阶导数元素的引入与分析方法 学术背景 在工程和物理领域，非线性动态系统广泛应用于模拟复杂现象。然而，当这些系统受到随机激励时，预测其响应变得极具挑战性，尤其是在引入分数阶导数（fractional derivative）元素后。分数阶导数能够更准确地描述记忆效应和遗传现象，但其引入也带来了额外的分析和计算困难。传统的线性系统分析方法无法直接适用于非线性系统，尤其是当系统包含分数阶导数时，其响应功率谱密度（PSD, Power Spectral Density）的确定变得更加复杂。 本研究的核心问题是如何在包含分数阶导数的非线性系统中，准确估计其随机响应的功率谱密度。分数阶导数的引入使得系统的动态行为具有非局部特性，传统的统计线性化（Statistical Lin...

学术背景 在工程和材料科学领域，精确控制机器人操作器的位移和力对于研究材料的力学特性至关重要，尤其是在处理具有非线性粘弹性变形的物体时。例如，在纺织、航空航天、医疗和能源生产等领域，纺织品的力学行为对设计和性能有着重要影响。传统的拉伸/压缩机械通常通过控制变形速度来测量力，但这种方法无法直接观察物体的关键变形点，如弹性极限、塑性变形和断裂点。为了克服这一限制，近年来机器人系统被用于进行位置/变形控制的物体表征。然而，工业机器人在处理微小力和变形时存在局限性，而压电机器人操作器则因其高分辨率和高带宽成为理想选择。然而，压电执行器的强滞后非线性特性给精确控制带来了挑战。本文旨在解决这一问题，提出了一种新的控制策略，结合滞后模型和状态观测器，实现了压电机器人操作器的精确位移控制和力估计，从而为物体...

学术背景 随着航空工业对高速、轻量化设计的需求日益增长，越来越多的航空传动轴系统采用了超临界设计（supercritical design）。超临界设计意味着传动轴需要跨越其第一临界转速，但在跨越临界转速时，轴系会因不平衡而产生剧烈振动，严重影响系统的安全运行。干摩擦阻尼器（dry friction damper）通过轴与阻尼器之间的碰摩（rub-impact）来限制振动幅值，从而有效控制临界转速下的振动。然而，轴系在实际运行中不可避免地会因加工、制造、装配等误差导致轴承安装不对中（bearing installation misalignment）。轴承安装不对中与碰摩的耦合效应可能会威胁超临界轴系的安全运行，因此，阐明轴承安装不对中与碰摩的耦合振动机制对超临界轴系的动态设计具有重要意义。...

背景介绍 在航空航天工程中，薄层复合材料结构（如机翼）在高速气流作用下容易发生振动，这种振动可能导致颤振（flutter）或发散（divergence）等不稳定现象，从而影响飞行器的安全性和性能。特别是当复合材料结构中存在分层（delamination）（即层间粘接失效）时，其力学响应会显著改变，进一步加剧振动问题的复杂性。因此，研究分层复合材料板在超音速气流中的非线性振动行为具有重要的工程意义。 然而，现有的研究多集中于完整结构的振动分析，对于分层缺陷的影响尚未得到充分研究。此外，传统的数值模拟方法在处理流体-固体耦合问题时，往往计算成本高昂，且缺乏针对分层结构的专用有限元模型。为此，本文旨在开发一种新的有限元方法，用于分析分层复合材料板在超音速气流中的非线性振动行为，并通过稳定性分析和非...

非线性垂直轴旋转机器的参数识别研究：基于降阶建模与数据同化的创新方法 学术背景 在现代工程中，非线性动力系统的建模是一个重要的研究领域。然而，这类系统往往涉及一些难以直接测量或估计的参数，且将所有相关物理现象纳入数学模型会大大增加计算成本。为了解决这一问题，混合孪生模型（Hybrid Twin）应运而生。混合孪生模型结合了系统的物理数学模型和从实际系统中收集的经验数据，通过数据同化技术提高了参数估计和系统行为预测的准确性和可靠性。此外，降阶模型（Reduced Order Model, ROM）的使用显著降低了整个过程的计算负担。 本研究聚焦于垂直轴旋转机器（Vertical Axis Rotating Machine, VARM）的参数识别问题。VARM是一类常见的旋转机器，其振动行为受到...

双臂空间机器人有限时间自适应鲁棒轨迹跟踪控制研究 研究背景与问题 随着空间技术的快速发展，空间机器人在在轨服务、卫星组装、航天器燃料补给等任务中扮演着越来越重要的角色。然而，空间机器人系统在执行任务时面临诸多挑战，特别是其基座执行器的摩擦非线性特性和外部时变扰动的不确定性，严重影响了系统的轨迹跟踪性能。传统的控制方法在处理这些问题时往往表现不足，尤其是在高精度和高动态性能要求的任务中。因此，如何有效地补偿这些非线性摩擦和外部扰动，提升空间机器人的轨迹跟踪能力，成为当前研究的热点问题。 本研究针对双臂空间机器人（Dual-Arm Space Robot, DSR）系统，提出了一种基于单框架控制力矩陀螺（Single Gimbaled Control Moment Gyroscopes, SGC...

学术背景 随着可穿戴电子设备的快速发展，对高性能、柔性、耐久性材料的需求日益增加。石墨烯（graphene）作为一种具有优异导电性、机械强度和柔性的二维材料，近年来在可穿戴电子设备中的应用备受关注。然而，如何将石墨烯转化为适用于可穿戴设备的功能性纤维材料，仍然是一个亟待解决的挑战。石墨烯纤维（graphene fiber, GF）作为一种新型纤维材料，不仅继承了石墨烯的优异性能，还具备纺织品的柔性和可编织性，使其在可穿戴传感、柔性储能设备及智能纺织品中展现出巨大的应用潜力。本文综述了石墨烯纤维的制备技术及其在可穿戴电子设备中的应用，旨在为未来研究提供方向，并推动石墨烯纤维的商业化进程。 论文来源 这篇综述论文由Heng Zhai、Jing Liu、Zekun Liu和Yi Li共同撰写，他们...

学术背景 随着全球温室气体排放的持续增加，环境温度不断上升，人类面临着极端气候带来的健康和生产力的潜在威胁。尤其是在夏季，空调和电扇等制冷设备的广泛使用导致能源消耗急剧增加，进一步加剧了温室气体的排放。据统计，夏季制冷设备目前占全球二氧化碳排放的40%，预计到205年将上升至50%。此外，寒冷环境也对人类生命构成威胁，例如在2021年甘肃白银马拉松事件中，极端天气导致多人死亡。因此，开发一种可持续、零能耗、零排放的智能纺织品，能够在无需外部能源输入的情况下调节人体热湿平衡，成为了当前研究的重点。 智能热湿管理纺织品能够有效调节环境与皮肤之间的热湿舒适度，大幅减少能源消耗，符合可持续发展的目标。然而，现有的热湿管理纺织品在智能响应性和实时调节能力上仍有不足，特别是基于形状记忆聚合物（SMP）的...

四足机器人应用的柔性步态传感器研究 背景介绍 随着机器人在日常生活和工业生产中的广泛应用，尤其是在需要标准化、持久性和重负荷操作的场景中，智能机器人的发展逐渐成为趋势。然而，机器人在复杂环境中的操作仍面临诸多挑战，例如救援任务、自动化物流、自主运输和智能家居等领域。这些机器人需要理解其工作环境并自主操作，而机械运动的稳定性是其中的关键因素。传统的稳定性保障方法包括使用精确的传感器来监测姿态和环境，并结合复杂的控制系统来调整运动。然而，随着应用场景的复杂化，现有的传感器技术已无法满足需求，特别是在不规则地形和障碍物导航方面。 为了应对这些挑战，研究人员开始探索新型传感器技术，尤其是能够同时检测压力和振动的柔性传感器。这类传感器可以模仿生物机械感受器的功能，帮助机器人更好地感知外部环境。本研究提...