根据空间在轨抓捕服务的需求,针对PDMS和E30两种硅橡胶材料开展全柔性触手的材料制备和结构成型工艺研究,分析不同工艺参数对材料硬度及力学性能的影响。结果表明,随着固化温度的升高和固化时间的延长,两种材料的杨氏模量均逐步提高;随着固化剂占比的提高,杨氏模量呈先上升后下降的趋势。在此基础上,分别采用半固化和全固化工艺制备E30/PDMS/E30三明治结构的复合材料,结果表明半固化工艺所得样品具有明显的界面过渡层和较高的拉伸强度,其断裂伸长率达460%,性能优势突出。采用分析所得最佳工艺制备的气动柔性触手样品具有较好的运动特性——当气压为58 500 Pa时,触手的平均卷曲角速度为0.4 rad/s,最大达0.8 rad/s。本工艺研究结果为实现轨道目标物体的捕获提供了新的材料制备方法和思路。

提出了一种新型微泵设计方案和制作工艺,将电磁驱动器与大振幅振动膜相结合,得到流量大、易于控制的新型微泵.该微泵结构简单,由硅橡胶(聚二甲基硅氧烷PDMS橡胶)振动膜和无阀泵泵体组成,将硅加工工艺和非硅加工工艺(电镀)相结合.采用电镀和硅橡胶加工方法将振动膜直接制作在一个硅片上;用电镀和体硅加工工艺将驱动线圈和无阀泵泵体制作在另一块硅片上,然后将两个硅片键合在一起.对该微泵的性能特点正进行着更深入的研究.

对两种硅橡胶材料O形圈的载荷衰减规律进行了试验研究 ,结果发现 ,O形圈的载荷衰减规律与O形圈材料的性能有关 ;温度对O形圈的衰减规律也有很大影响 ,温度越高 ,O形圈的载荷衰减速度越快 .在试验的基础上对O形圈载荷衰减的理论模型进行了研究 ,采用无穷多个Maxwell模型并联的方式 ,找到了一个能较好地表示O形圈载荷衰减规律的模型 .

基于硅橡胶材料的超弹性特征,参考蠕虫类生物结构和运动特点,以六棱柱型驱动器和圆柱型驱动器为机器人主体,设计了一种蠕动式软体管道机器人,并分析该机器人在管道中的两种运动模式。结果表明,所设计的蠕动式软体管道机器人结构和运动模式是可行的。

使用同一批次胶料制备了2组硫化试样并分别按HG/T 3087-2001和GB/T 27800-2011研究了预压缩条件对寿命预测结果的影响程度。结果表明,在同一老化温度及同一老化时间下,依据HG/T 3087-2001预压缩的试样压缩永久变形率与依据GB/T 27800-2011预压缩的试样无明显差异;由此证明,HG/T 3087-2001和GB/T 27800-2011压缩永久变形率测试试验基本不存在数据差异。

车用燃料电池动力系统采用大量的硅橡胶管路系统,为了提升车用燃料电池动力系统管路的密封性能可靠性,本文基于Rivlin模型对硅橡胶管路接头处进行了有限元分析,并进行了密封性试验验证,建立了保证硅橡胶管路接头密封性的设计方法。试验结果表明,采用此设计方法,可以满足硅橡胶管路接头的密封性要求。

利用双座真空罩式油压成型机进行研究,硅橡胶在真空条件下的模压成型工艺能够有效提高零件制造精度、性能和材料利用率,掌握大尺寸异形(或变截面)密封件的核心制造技术,制备出表面质量良好、性能优良的侧风挡内密封圈。

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板的压缩密封结构,提出一套泄漏率理论预测方法.该方法以基于粗糙间隙流动数值分析的泄漏机理模型为基础,耦合了粗糙元微观力学变形特性分析和橡胶垫片宏观力学变形特性分析,由于不依赖任何经验参数,因此可以定量评价各种因素对密封结构密封性能的影响,包括密封材料的长期应力松弛行为.与已有实验研究相比较,所提出的泄漏率预测模型具有较高的精度.根据进一步的计算分析,为维持长期泄漏率在20 mL/s以下,密封结构参数可参考如下方案双极板粗糙度低于15μm,硅橡胶平垫片邵氏硬度在50~60范围内,初始压缩率在15%以上.研究结果可为PEMFC密封结构设计提供理论指导.

通过自然贮存老化试验,研究了硅橡胶密封圈的老化性能。对自然贮存17年和未老化的硅橡胶密封圈进行拉伸疲劳试验,并且使用衰减全反射红外光谱分析其老化机理。实验结果表明,随着应变幅值的增加,两种材料的疲劳寿命均呈显著降低的趋势,未老化的硅橡胶密封圈疲劳寿命比自然贮存17年的硅橡胶密封圈长。同时随着应变幅值的增加,两种材料疲劳寿命的差异逐渐减小。红外光谱测试结果表明,Si-C的伸缩振动峰、橡胶分子链中甲基和亚甲基对称和不对称伸缩振动强度降低,Si-O-Si的伸缩振动峰、O-H的伸缩振动峰、C-OH面内弯曲振动峰、C-O-C对称伸缩振动峰强度增加,说明硅橡胶密封圈在空气作用下发生缓慢的氧化作用,Si-C、C-H键断裂,产生Si-O和C-O键,从而导致其力学性能降低。

针对传统刚性机器人有限的自由度和环境适应性差等不足,该文设计了一种气动纤维增强软体执行器。该执行器以硅橡胶为制作材料,采用气压驱动的方式,通过处理采集执行器内部压力和弯曲角度等信号,控制腔体压力的大小,从而改变执行器弯曲角度。针对不同的运动状态,对系统性能进行评估。实验结果表明,该执行器具有很好的灵活性和无限自由度,运动连续平滑,环境适应性强,所设计的系统具有较强的鲁棒性。