环形弹性杆扭转失稳特性的研究及应用

摘要

建立了环形弹性杆的有限元模型，研究其在连续扭转作用下的力学响应，分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现，承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变，但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状，因而存在循环失稳的独特现象；动力学分析表明，环形弹性杆抗扭的变形模态和突跳翻转的时机不但依赖于其几何及材料性质，而且和扭转速度相关。据此，提出了一种单自由度功能-结构一体式机构，可通过环形弹性杆的扭转产生复杂的波浪形运动并被应用于仿生机器鱼的运动驱动中。与传统的机构相比，环形弹性杆机构结构简单，易于控制，在软体机器人设计中具有良好的应用前景。

关键词

环形弹性杆 / 扭转失稳 / 有限元 / 仿生机器鱼

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.12072300)