基于遗传算法的阶梯式变间隙磁流变阻尼器优化设计

针对用于下肢假肢的磁流变阻尼器阻尼力调节范围受限且体积大、能耗高的问题,提出了一种阶梯式变间隙磁流变阻尼器,该阻尼器可根据人体不同步态需求,通过控制线圈电流与改变阻尼间隙来调节输出阻尼力。阐述了阶梯式变间隙磁流变阻尼器的结构和工作原理,建立了阻尼力计算模型并进行了磁路分析。在满足下肢假肢阻尼力要求的前提下,以阻尼器功率最低、活塞体积最小为优化目标,采用多目标遗传算法对阶梯式变间隙阻尼器的关键结构参数进行优化,得到最优结构尺寸,对优化后的阻尼器进行磁场与力学性能仿真,验证优化结果的合理性。结果表明,优化后的阻尼器在满足输出阻尼力设计要求的条件下,总功率降低了23.3%,活塞体积减小了28.4%,为假肢用磁流变阻尼器的优化设计提供了参考。

基于下肢假肢的阶梯式变间隙磁流变阻尼器设计

针对下肢假肢步态变化时所需阻尼力大小不同的问题,提出一种基于下肢假肢的新型阶梯式变间隙磁流变阻尼器(MRD)。基于Bingham力学模型设计MRD的两级阻尼间隙宽度及主要结构尺寸,通过ANSYS Maxwell分析其内部磁场分布,采用Simulink仿真输出阻尼力。结果表明:阶梯式变间隙MRD步行时的工作间隙为1.6 mm,最大阻尼力为902.7N;跑步等其他复杂步态时的工作间隙为0.6 mm,最大阻尼力为2033.7 N,满足不同步态的阻尼力要求,且该MRD的最大工作电流为0.4 A,极大降低了阻尼器功耗。所提出的阶梯式变间隙MRD具有阻尼力分级输出、可调范围大、能耗低的优点,可代替阻尼间隙固定的传统MRD应用于假肢系统。

6种温带树木的冻害疲劳及其与冻融栓塞和木质部解剖结构的关系

【目的】探究不同温带树木的冻害疲劳及其与冻融栓塞和木质部解剖结构的关系,提高对冬季植物水力学的认知,为温带和北方地区造林工作中选择适宜树种提供新的理论依据。【方法】以6种温带常见树种(元宝枫、I-101×84K杨、鹅掌楸、旱柳、白桦、法国梧桐)为试验材料,于冬季1月采集枝条,通过改进型的Cavitron冷冻离心机进行冻融处理,构建自然栓塞脆弱曲线(NVC)和冻害疲劳脆弱曲线(FFVC),计算2条脆弱曲线的栓塞面积(EA),评估冻害疲劳程度(DFF)。使用低压液流计测定自然导水率损失(NPLC),即冻融栓塞程度。测定木质部导管直径(D)、导管密度(VD)、导管占比(F)、导管连接度(FC)、木质部密度(WD)等解剖结构特征。【结果】经历冻融处理后,6种树种对木质部栓塞的抗性下降,发生冻害疲劳现象。与自然栓塞脆弱曲线的典型S形相比,各树种的冻害疲劳脆弱曲线均呈双S形。与NVC的栓塞面积相比,元宝枫FFVC的栓塞面积轻微减小,无显著差异;其他5种树种FFVC的栓塞面积显著下降。冻害疲劳程度表现出明显的物种差异,从大到小为I-101×84K杨>旱柳>法国梧桐>鹅掌楸>白桦>元宝枫。各树种的冻融栓塞程度与木质部解剖结构特征也存在显著差异。冻害疲劳程度与冻融栓塞程度显著正相关,仅与木质部解剖结构特征中的导管直径显著正相关。冻融栓塞程度与导管直径显著正相关。【结论】6种树种的冻害疲劳存在明显的种间差异。元宝枫对冻害疲劳具有很强的抗性,其疲劳程度最小,为“弹性树种”,其他5种树种对冻害疲劳具有较高的脆弱性,为“脆弱树种”。导管直径越大的树种,冻融栓塞程度越高,冻害疲劳程度越高。导管直径是决定树木冻融栓塞程度和冻害疲劳的关键结构特征。木质部导管窄小的树木对于冻融引起的栓塞和冻害疲劳具有较强的抵抗力,这将有利于其在温带和北方地区寒冷环境下的生存和分布。