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离子聚合物-金属复合物发展综述 被引量:14
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作者 彭瀚旻 杨淋 +1 位作者 李华峰 赵淳生 《微特电机》 北大核心 2008年第2期57-61,共5页
介绍了一种新型智能材料离子聚合物-金属复合物,概述了其特性和致动机理,引述了离子聚合物-金属复合物在微特作动器中一些应用实例,最后展望了离子聚合物-金属复合物在未来的发展前景。
关键词 离子聚合物-金属复合物 人工肌肉 EAP 作动器 仿生机器人
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应用人工肌肉IPMC材料的三指微型柔性手爪设计 被引量:6
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作者 彭瀚旻 李华峰 +2 位作者 惠耀 丁庆军 赵淳生 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期347-352,共6页
为满足现代小型驱动器的微型化、智能化、多功能及高集成度等要求,利用一种智能材料即离子聚合物金属复合物(ionic polymer-metal composite,简称IPMC)研制了一款三指微型柔性手爪。运用ANSYS有限元分析软件,通过等效压电双晶片的机电... 为满足现代小型驱动器的微型化、智能化、多功能及高集成度等要求,利用一种智能材料即离子聚合物金属复合物(ionic polymer-metal composite,简称IPMC)研制了一款三指微型柔性手爪。运用ANSYS有限元分析软件,通过等效压电双晶片的机电耦合模型对IPMC驱动元件进行有限元位移仿真,得到其在3V电压下最大变形及相应的位移分布图。根据仿真结果,设计IPMC手爪的夹持机构,制备了体积不大于13.5 cm3的IPMC微型手爪。试验测试结果表明,在3 V直流电驱动下,IPMC驱动薄膜(总长度为19 mm,自由端长度为14 mm)的末端最大变形为22 mm(负向位移与正向位移的总和),其最大变形速度约为4.44 mm/s,总重量为1.033g的手爪可以抓取1.973g的物体,其手爪的推重比约为2,而材料(IPMC的总重量为0.177g)的推重比甚至大于11.5。此IPMC柔性手爪的性能满足低耗能的设计要求,具有结构简单、柔顺、安静、体积小和推重比大等特点,在微小型驱动领域具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 离子聚合物金属复合物 智能材料 柔性 微型手爪 夹持器 微型驱动器
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IPMC型柔顺手爪作动器的设计与性能测试 被引量:5
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作者 彭瀚旻 丁庆军 +1 位作者 李华峰 赵淳生 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期899-905,共7页
为克服传统手爪机构传动链多,耗能大,结构复杂等缺点,设计并制作了一种应用电致动智能材料(IPMC)的柔顺手爪。运用Pro/E软件设计IPMC手爪的主体结构,并分析其运动过程,最终装配完成IPMC手爪;运用激光位移传感器,精密电子秤和Canon相机... 为克服传统手爪机构传动链多,耗能大,结构复杂等缺点,设计并制作了一种应用电致动智能材料(IPMC)的柔顺手爪。运用Pro/E软件设计IPMC手爪的主体结构,并分析其运动过程,最终装配完成IPMC手爪;运用激光位移传感器,精密电子秤和Canon相机测试了研制的4片IPMC驱动薄膜的末端位移,端部力和平均运动速度,并通过Labview测试系统对其进行采样和分析。实验结果表明:IPMC手爪驱动元件的角位移在3V电压激励下超过了180°(-3V电压下负向位移与+3V电压下正向位移之和);其末端位移大小为其自身(除固定部分外)总长;手爪驱动薄膜每片重量约为0.5mg,可抓握质量为1.6g左右的物体。该手爪结构简单、位移大、耗能低;同时,由于IPMC的柔顺特性,在抓取物体时它会贴附在其表面,而不破坏其表面精度。因此,这种手爪适用于抓取表面粗糙度要求高的物体。 展开更多
关键词 仿生机械 柔性手爪 人工肌肉 IPMC 离子交换膜 EAP
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低频超声透皮给药系统压电-声-热计算模型 被引量:3
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作者 彭瀚旻 陈致钧 +1 位作者 卢鹏辉 冒林丽 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期1037-1043,1197,共7页
为分析低频超声透皮给药过程中由超声空化引起的发热问题,基于压电方程、热平衡方程和声压平衡方程,利用COMSOL有限元软件建立了低频超声透皮给药过程中压电-声-热耦合仿真计算模型。通过理论分析和FLIR热成像仪的温度测量实验,获得了... 为分析低频超声透皮给药过程中由超声空化引起的发热问题,基于压电方程、热平衡方程和声压平衡方程,利用COMSOL有限元软件建立了低频超声透皮给药过程中压电-声-热耦合仿真计算模型。通过理论分析和FLIR热成像仪的温度测量实验,获得了系统在超声输入功率为5.5 W、频率为21kHz下的温度场分布与外表面最大温度变化曲线。超声换能器与低频超声透皮给药系统(空气中)的温度场分布及其最大温度值的仿真分析结果都与实验值一致,即在低频超声透皮给药过程中,药液中超声空化会造成声波大幅衰减,从而把部分声能直接转化为热能,导致药液温度快速上升,15min时外表面最高温度可达40℃,内部辐射头下方最大温度的理论值可达41.3℃,达到了低频超声透皮给药的温度安全要求(≤42℃)。计算与实验结果表明,所建立的压电-声-热耦合计算模型可以预测系统温度变化,可用于超声作用时间、换能器结构尺寸和材料参数的优化设计。 展开更多
关键词 低频超声 透皮给药 超声换能器 多场耦合 有限元
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浅谈研究生教学中知识拓展与分析技巧的培养方法 被引量:1
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作者 彭瀚旻 《教育教学论坛》 2014年第52期146-147,共2页
本文针对当代研究生教学中学生学习兴趣不足,课本知识无法满足学术研究的需要,提出一种在研究生教学过程中开展知识拓展与分析技巧培养有机结合的教学模式,提高学生综合运用知识的能力,为今后课题研究奠定基础。
关键词 研究生教学 研究生培养 知识拓展 分析技巧
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密封系统对低频超声透皮给药的影响
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作者 彭瀚旻 卢鹏辉 +1 位作者 喻伯平 陈致钧 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期790-795,816-817,共6页
为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度,通过有限元计算分析,设计了一款具有密封结构的超声换能器,用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究(包括人造皮肤与大鼠离体皮肤),获... 为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度,通过有限元计算分析,设计了一款具有密封结构的超声换能器,用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究(包括人造皮肤与大鼠离体皮肤),获得了密封系统对透皮渗透量变化的影响规律。实验结果表明,超声空化、促渗剂与压强都可以改变药液渗透率,其中超声可以通过空化效应破坏皮肤表层结构进而促进渗透,而压强与超声、促渗剂相互结合则可以起到提高给药渗透精度的作用。提出的密封式超声换能器可通过压强变化初步实现调节低频超声透皮给药精度的目的,为进一步设计可调压强的低频超声给药系统奠定应用基础。 展开更多
关键词 低频超声 透皮给药 超声换能器 压强 有限元
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低频超声透皮给药过程流场影响分析
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作者 彭瀚旻 喻伯平 +2 位作者 毛婷 朱攀丞 陈致钧 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1109-1115,共7页
针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题,基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型,利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小... 针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题,基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型,利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小及分布,以及体外实验的超声促渗后的渗透量。仿真计算与实验结果表明:离体皮肤在超声作用下渗透量更大,皮肤上产生更多褶皱与空化穴,这说明存在空化效应与交变载荷,而后者可能是流场流动或涡流引起的;药液中流场沿超声换能器的辐射面下方流动到辐射面侧面,形成搅拌作用,且辐射面正下方的流速最大,当输入电功率为5.5 W时,可达0.55m/s,皮肤上方伴有较强涡流;流场在超声促渗中起搅拌与扩张皮肤通道的作用,对促渗起辅助作用。 展开更多
关键词 低频超声 透皮给药 超声换能器 流场 有限元
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形状记忆合金驱动的连续跳跃柔性机器人 被引量:6
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作者 毛婷 彭瀚旻 +1 位作者 查泽琳 赵燊佳 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期447-452,617,共7页
针对在复杂、狭窄的非结构化地形下跳跃机器人存在的着陆稳定性和运动连续性的问题,提出了一种形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)智能材料驱动的柔性跳跃机器人,它具有轻质小型、结构简单及连续运动的优点。利用对称的折纸柔性身... 针对在复杂、狭窄的非结构化地形下跳跃机器人存在的着陆稳定性和运动连续性的问题,提出了一种形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)智能材料驱动的柔性跳跃机器人,它具有轻质小型、结构简单及连续运动的优点。利用对称的折纸柔性身体减少着陆振动,保证着陆稳定;利用对称的双SMA弹簧拮抗系统实现弹性元件交替变形和储能释能的功能;建立了柔性机器人跳跃运动的理论模型,研究了关键结构尺寸对能量储存和跳跃性能的影响机制,并研制了一款尺寸为6 cm×4 cm×2.5 cm、质量为3.8 g的原理样机。实验结果表明:柔性机器人依靠SMA驱动能够实现跳跃触发和形态恢复,最大跳跃高度和远度分别为8.67 cm和18 cm,并且可以适应不同工作面。该机器人跳跃性能优越,控制顺序简单,可为非结构化地形下完成侦察探测工作奠定基础。 展开更多
关键词 形状记忆合金 微型机器人 跳跃运动 柔性
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基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机 被引量:4
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作者 闫鹤 孙志峻 +4 位作者 郑炬炬 杨建林 郭语 钱丰 彭瀚旻 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期818-825,838,共9页
针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷... 针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷片,双腿内侧有4个连接耳。电机定转子之间采用硅胶环和E型卡环进行预压力施加和端部紧固。电机利用圆环内侧周向行进的面内行波驱动转子旋转。利用ANSYS有限元软件对定子进行仿真分析,研究结构对模态的影响,以确定夹持和压电陶瓷片的粘贴位置;并对定子模态频率进行灵敏度分析,指导定子结构尺寸(设计变量)的修改,以提高优化效率。制作多组样机并开展实验研究,机械输出特性的实验结果表明:该电机体积小,最大宽度仅为12 mm;结构紧凑,总质量为6.9 g,易于与其他驱动装置连接;最大空载转速为338 r/min,最大输出扭矩为1.44 mN·m。 展开更多
关键词 旋转超声电机 面内模态 有限元分析 灵敏度分析 结构优化设计
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流速扰动聚焦超声下纳米颗粒聚集的研究 被引量:2
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作者 冒林丽 彭瀚旻 +1 位作者 卢鹏辉 毛婷 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期784-791,836,共9页
为了将超声颗粒操纵技术应用于血管中纳米药物颗粒聚集,笔者针对液体流速因素的影响和纳米颗粒由于纳米效应存在的自发团聚现象,基于压电方程、声‑结构边界耦合方程、动量方程,利用COMSOL有限元软件建立了流速扰动聚焦超声下颗粒聚集的... 为了将超声颗粒操纵技术应用于血管中纳米药物颗粒聚集,笔者针对液体流速因素的影响和纳米颗粒由于纳米效应存在的自发团聚现象,基于压电方程、声‑结构边界耦合方程、动量方程,利用COMSOL有限元软件建立了流速扰动聚焦超声下颗粒聚集的理论计算模型。通过仿真计算和实验结果对比分析,得到了聚焦超声聚集纳米颗粒的原因、纳米颗粒团簇介入解释理论以及流速干扰情况下局部流速变化的影响规律,证明了封闭管道中液体里的纳米颗粒可以通过聚焦超声的方式聚集,且该超声在流速小于1.92 mm/s的情况下仍对纳米颗粒团簇具有一定束缚能力,为未来靶向药物治疗提供一个新的方法和途径。 展开更多
关键词 聚焦超声 纳米颗粒 靶向治疗 超声操纵 流体 有限元仿真
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超声电机用开槽碟簧的计算与设计方法 被引量:2
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作者 冷维杰 孙志峻 彭瀚旻 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期927-933,1126,共8页
针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型... 针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型的计算方法;其次,将计算结果与有限元结果以及传统公式结果进行对比分析,并设计试验进行了验证;最后,基于开槽碟簧准零刚度特性的参数敏感性分析试验结果,提出了开槽碟簧结构设计的方法。研究结果表明,基于圆锥壳体理论的开槽碟簧计算方法比有限元方法和传统公式具有更高的准确性,相对误差在±3.5%以内,开槽碟簧的最优高厚比范围在1.5~1.8之间。该结论可为小型号超声电机用开槽碟簧的设计提供参考。 展开更多
关键词 超声电机 预压力 准零刚度 开槽碟簧 参数敏感性
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基于压电双晶片的风速辨识系统 被引量:2
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作者 姚新科 彭瀚旻 +1 位作者 胡捷 吴辉阳 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期190-195,共6页
为了感知飞行器外部流场,间接获得航速和姿态角等飞行参数,提出了一种基于压电双晶片阵列的风速辨识集成部件。在尽可能减小空气动力学特性影响的情况下,设计了一种双晶片两轴对称的飞行器头部风传感实物模型,由4片双晶片阵列组成。首先... 为了感知飞行器外部流场,间接获得航速和姿态角等飞行参数,提出了一种基于压电双晶片阵列的风速辨识集成部件。在尽可能减小空气动力学特性影响的情况下,设计了一种双晶片两轴对称的飞行器头部风传感实物模型,由4片双晶片阵列组成。首先,在风洞实验中采集单片双晶片的感应电信号,经过电荷放大器、NI数据采集卡与Labview虚拟仪器分析软件,利用最小二乘法获得各自压电双晶片的感应电压(均方根值)与风速(矢量)之间的函数关系;其次,建立风速辨识集成部件的双变量(风速大小与风向角)传感函数模型,由此反求风速大小和方向。实验结果表明,所设计的风速辨识压电集成部件在风洞内可实现风速的二维测量,采样时间为5s时,其传感精度在3%(风速大小)和3°(风向角)以内,最高分辨率可达0.5%(风速大小)和0.55°(风向角)。此应用于飞行器上的风速辨识集成部件可以快速感知风速大小和方向,其传感函数模型的精度满足外部环境风速辨识的要求,为今后飞行器传感系统集成化与小型化奠定理论与实验基础。 展开更多
关键词 传感器 压电陶瓷 流场 风速辨识 压电双晶片阵列
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基于杆式直线超声电机的微量注射系统 被引量:1
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作者 杨剑之 彭瀚旻 +1 位作者 圣娟 朱攀丞 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1311-1315,1366,1367,共7页
为解决传统步进电机式注射泵尺寸较大且精度不高的问题,采用杆式直线超声电机作为注射系统的驱动元件,并通过调整驱动信号的电压和占空因数对流量进行控制。电机总体尺寸仅为4mm×4mm×15mm,弥补了传统微量注射泵体积过大的缺陷... 为解决传统步进电机式注射泵尺寸较大且精度不高的问题,采用杆式直线超声电机作为注射系统的驱动元件,并通过调整驱动信号的电压和占空因数对流量进行控制。电机总体尺寸仅为4mm×4mm×15mm,弥补了传统微量注射泵体积过大的缺陷,满足便携式注射泵的需求。在实验中通过调控电压和占空因数,可以精确地控制超声电机注射系统的流速。在没有外加减速机构的情况下,当驱动电压峰峰值为300V、占空因数为100%时,系统流速为61.87μL/s;当驱动电压为200V、占空因数为1%时,超声电机注射系统流速为0.01μL/s,精度高于传统步进电机注射泵的最低流量0.028μL/s。说明杆式直线超声电机注射系统可以通过调整占空因数对流速进行有效的控制,并且在保持性能的前提下,使整体尺寸大幅减小,达到轻便易携的目的。 展开更多
关键词 超声电机 注射泵 流速控制 压电
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Model Study of IPMC Beam Electroactive Response Based on Root Deformation 被引量:1
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作者 彭瀚旻 LI Huafeng ZHAO Chunsheng 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2013年第1期31-39,共9页
Ionic polymer-metal composite (IPMC) is a type of electroactive polymer (EAP). In this paper, based on Nemat-Nasser model, an improved model is developed to explain the initial nonlinear response of electric actua... Ionic polymer-metal composite (IPMC) is a type of electroactive polymer (EAP). In this paper, based on Nemat-Nasser model, an improved model is developed to explain the initial nonlinear response of electric actuation on the fixed end deformation. Three IPMC strip samples with different surface resistance are chosen for analysis. Further, from simulation and experiment results, it is found that the root deformation made the tip movement of the IPMC strip with little surface resistance, but this effect was less and less when the surface resistance reduced. The calculation results of this model for the fixed end show a more accurate simulation for the actual deformation of IPMC strips. 展开更多
关键词 IPMC EAP polymer coupling model fixed end root deformation
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前沿科学技术与课堂教学相融合的创新培养方法 被引量:5
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作者 彭瀚旻 朱攀丞 《教育教学论坛》 2021年第11期137-140,共4页
目前我国高等院校课程主要以基础理论和专业教学为主,选修课为辅,系统性地培养学生的专业知识水平。但是,由于现代科技日新月异,传统培养模式下的学生缺乏对前沿科技的直观认识,创新能力培养效果难以保障,无法满足我国对创新型人才的培... 目前我国高等院校课程主要以基础理论和专业教学为主,选修课为辅,系统性地培养学生的专业知识水平。但是,由于现代科技日新月异,传统培养模式下的学生缺乏对前沿科技的直观认识,创新能力培养效果难以保障,无法满足我国对创新型人才的培养需求。因此,提出一种前沿科学技术与课堂教学相融合的创新培养方法,结合专业前沿科学技术,与课堂教学、课堂讨论以及课后自学相结合,创新大学课堂教学的培养模式,创建前沿科技引领的专业知识创新思想培养体系,为我国高端技术人才培养方法提供新的思路。 展开更多
关键词 创新型人才培养 高等教育 前沿科学 课堂教学
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浅谈本科生教学中前沿科技与教学相融合的创新培养模式 被引量:3
16
作者 彭瀚旻 毛婷 《教育教学论坛》 2018年第16期1-3,共3页
针对当代以传统专业课为主的本科生课堂教学,虽可以为社会各行业提供一定的专业技术人才,但并不能满足社会对创新人才的迫切需求,提出一种在本科生教学过程中开展前沿科技与教学相融合的创新培养模式,通过课堂内容创新与教学方式变革帮... 针对当代以传统专业课为主的本科生课堂教学,虽可以为社会各行业提供一定的专业技术人才,但并不能满足社会对创新人才的迫切需求,提出一种在本科生教学过程中开展前沿科技与教学相融合的创新培养模式,通过课堂内容创新与教学方式变革帮助本科生建立创新思维,培养科研热情,为今后参与科研活动和确定研究方向提供指导。 展开更多
关键词 本科生教学 本科生培养 前沿科技 教学方式变革 课堂内容创新
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