机械多体系统的约束分析

分析机械多体系统的约束类型及力学描述，阐明约束的力学性质。通过引入偏速度、偏角速度和约束微变空间等概念，形成机械多体系统的动力学方程，该方程为不含有未定乘子的Ｋａｎｅ方程，以平面三极摆为例，进行了算例分析。     

应用于机器人辅助微创外科手术的术前规划方法

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术可帮助外科医生有效克服传统微创外科技术的不足,提高外科医生对手术的执行能力,其所带来的良好的临床效果已被广泛接受.对于机器人来说,术前规划工作相对于传统微创外科手术更为复杂,合理的术前规划可以有效避免机器人末端执行器之间的相互干涉,提高机器人辅助微创外科手术的可操作性、可达性和可视性等,这对手术效果至关重要.本文将微创外科手术规划临床经验与机器人操作性能知识相结合,提出了一种基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)的术前规划方法,从机器人有效工作空间、碰撞干涉检测、机械臂与器械末端运动灵活性及手眼协调性几个方面入手,对机器人进行综合性的定量评价,并以此为依据通过计算求解得出以合理的患者体表手术切口位置与机器人初始设置位置为主要目标的方案.为验证该方法的有效性,以机器人辅助腹腔镜胆囊切除术为实验范例,应用"MicroHandS"手术机器人系统为实验设备,针对同一名病患,将外科医生的经验方案和由算法计算得出的术前规划方案进行比较分析,其结果证明了该方法的优越性.实验结果表明,由优化算法得到的术前规划方法优势明显,有效地解决了以往仅依靠临床经验进行机器人辅助微创外科手术术前规划所带来的问题,提高了手术的安全性和效率.     

混合驱动水下滑翔器滑翔状态机翼水动力特性

将水下滑翔器和水下自航行器两者功能集合于一身,提出了一种新概念混合驱动水下滑翔器.采用计算流体力学方法对混合驱动水下滑翔器滑翔状态下机翼对滑翔经济性和稳定性的影响进行了数值模拟研究.正交试验表明,其滑翔经济性受机翼弦长影响最为显著;滑翔器的稳定性受机翼的后掠角影响最为显著;对4个具体模型在0°~20°攻角的进一步的数值模拟表明,机翼的位置主要影响滑翔稳定性,对滑翔经济性影响较小.滑翔器在6°左右攻角航行时,具有最大的升阻比.研究为混合驱动水下滑翔器的设计提供了理论指导和参考.     

一类完全非代数连接纽结与链环的构造

纽结与链环的分类是三维流形理论研究中的重要课题.纽结与链环对应的缠绕分解是研究纽结与链环分类的重要方法.非代数纽结与链环是纽结与链环的重要分支,从缠绕对应的平面基本多面体出发,纽结与链环可利用其投影图对应的基本多面体进行分类.利用三维流形组合拓扑的研究技巧和方法构造性的证明,对于任意的自然数n(n≥6,n≠7)均存在完全非代数连接基本多面体,进一步利用上述结果证明了完全非代数连接纽结与链环的广泛存在性.     

受控多体系统的力约束分析与实验研究

针对受控多体系统，提出力约束的概念、力学描述及其性质，通过引入偏（角）速度和广义力，以Ｋａｎｅ方程为基础，建立了具有力约束的受控多体系统动力学方程，并实现了动力学求解，以工业机器人为例，分析了系统在力约束下的动力学解算方法，并进行限实验验证。     

质子交换膜燃料电池阳极流场数值模拟及流场板沟槽尺寸优化

采用计算流体动力学(CFD)技术对质子交换膜燃料电池(PEMFC)、阳极燃料气体(H2)流场进行了数值模拟，以最大燃料气体(H2)利用率为目标进行了流场板沟槽尺寸优化．结果表明，当沟槽宽度为1．5mm，脊部宽度为0．5mm和沟槽深度为1．5mm时，燃料气体(H2)的利用率达到最大值84．8％．     

水下缆索动力学理论模型

水下缆索建模是水下拖曳系统和系泊系统中一项关键工作，采用多体系统方法对缆索动力特性进行理论分析，建立了缆索多体动力学三维有限段模型。该模型将缆索视为一系列具有不同物理特性的铰接刚性缆段，系统包含多个开环分支或闭环分支，讨论了流体阻力、流体附加质量和流体静压力的影响，分析比较了附加质量与系统本身惯性的关系，对小尺度缆索进行动力学仿真，并与实验结果做了比较，吻合良好，该模型可用于水下缆索系统的动力学仿真。     

桁架材料和结构组合多目标优化设计

同时为桁架的每个杆件确定最为合适的材料和结构尺寸属于桁架材料和结构组合优化问题．提出一种桁架材料和结构组合多目标优化的方法．为材料分配唯一的标识编码，把杆件所用材料直接作为设计变量，并且和杆件截面积一起构成设计变量空间．考虑结构重量、成本和节点位移3个目标以及应力约束，建立了桁架材料和结构组合优化问题的数学模型．应用多目标遗传算法进行求解．算例结果表明，采用多目标遗传算法可以为桁架设计参数的确定提供多种选择方案，决策者可以根据目标的重要程度确定最后设计方案．算例分析结果验证了该方法的有效性．     

面向支撑喉镜下声带手术的虚拟仿真系统

创建了一套具有力感觉的面向支撑喉镜声带手术的虚拟仿真系统,模拟了实际手术中的狭长操作环境,建立了声带、喉镜和手术工具的几何模型。在进一步构建声带物理模型和计算模型的基础上,仿真了声带在虚拟手术工具作用下的粘弹性变形过程,并通过碰撞检测模块的建立,实现了虚拟工具之间"体与体"的碰撞检测。     

一类交错空间图补空间中的不可压缩、两两不可压缩曲面

利用Menasco W的纽结补空间中不可压缩、两两不可压缩曲面的拓扑图理论,结合三维流形的组合讨论技巧和方法,证明一类交错空间图补空间中具有子午线边界分支的不可压缩、两两不可压缩曲面是穿孔球面.