Kihami cha quasi-zero-stiffness chenye umbo la rombu lililoinama kilichohamasishwa na kaa (inclined rhombic crab-inspired quasi-zero-stiffness isolator, I-QZS) ni mfumo tulivu wa kutenga mtetemo unaobadilisha jiometri ya viungio vilivyogawanyika vya mguu wa kutembea wa kaa kuwa viungio vya rombu na kusawazisha ugumu hasi wa kijiometri kwa chemchemi ya ugumu chanya iliyo katikati ili kuunda ugumu mdogo wa kimitambo. Zhe Yang na wenzake walimodeli kijiometri tuli cha utaratibu huo kwa njia ya uchanganuzi, wakaongeza ubora wa vigezo kwa NSGA-II yenye vikwazo vya kifizikia, wakatengeneza fidia ya ugumu kwa prototipu nyumbufu iliyochapishwa kwa 3D, na kutatua mwitikio wa kimitambo usio wa mstari kwa kutumia mbinu ya Incremental Harmonic Balance pamoja na algoriti ya uendelezaji wa null-space inayotegemea SVD. Katika jaribio la maabara, chini ya msisimko wa msingi wa 8,8 mm, mfumo ulipunguza kilele cha rezonansi kutoka 2,15 Hz hadi 0,77 Hz na kupunguza upitishaji wa juu zaidi wa uhamisho kutoka 11,87 dB hadi 3,91 dB. Hata hivyo, prototipu imethibitishwa tu kwa mzigo maalumu na katika hali za maabara; uchovu wa muda mrefu, mzigo unaobadilika na msisimko wa pande nyingi bado havijajaribiwa.

Tatizo kuu la kihandisi la utafiti ni mgongano kati ya uwezo mkubwa wa kubeba mzigo tuli na ugumu mdogo wa kimitambo katika vihami vya kawaida vya mstari. Chemchemi laini inaweza kutoa masafa asilia ya chini, lakini kuporomoka tuli huongezeka na sehemu ya kufanya kazi inaweza kutokuwa thabiti. Mbinu ya QZS inalenga mfumo uwe na ugumu tuli wa kutosha kubeba mzigo, lakini uitikie mitetemo midogo karibu na nafasi ya usawa kwa ugumu mdogo sana wa kimitambo unaofaa.

Utaratibu wa I-QZS huzalisha tabia hii kupitia kutokuwa mstari kwa kijiometri bila motor hai, sumakuumeme au nishati ya nje. Athari ya ugumu hasi inayotokea viungio vya rombu vinapobanwa husawazisha sehemu ya ugumu chanya wa chemchemi ya kubana iliyo katikati. Hivyo, ndani ya masafa fulani ya mwendo, mkunjo wa nguvu–uhamisho hubapa na eneo la quasi-zero-stiffness hutokea.

Mchango muhimu wa pili wa utafiti ni uundaji wa mfano wazi wa tofauti kati ya modeli bora ya viungio vigumu na utaratibu halisi nyumbufu. Katika modeli ya uchanganuzi, uwiano bora wa ugumu ni takriban 0,58, ilhali kutokana na Euler buckling na kupinda kwa upande kwa vijiti nyumbufu, takriban 0,82 inahitajika katika FEA na prototipu. Chanzo kinahusisha tofauti hii na mgawo wa fidia \(\eta\approx\sqrt{2}\).

Kutoka mguu wa kaa hadi utaratibu wa kihandisi

Mguu wa kaa una muundo wa viungio vilivyogawanyika unaojumuisha coxa, basis, ischium, merus, carpus, propodus na dactylus. Utafiti hauunakili mfumo huu wa kibaiolojia kwa utendaji wake. Badala yake, unabadilisha mpangilio wa mfululizo wa miunganiko ya sehemu kuwa jiometri ya kihandisi.

Coxa, basis na ischium zimefupishwa kiuwakilishi kuwa muundo wa juu wa msaada; merus kuwa kiungio cha juu; carpus na propodus kuwa kiungio cha chini; na dactylus kuwa muundo wa chini wa msaada. Badala ya tabia halisi ya misuli, chemchemi ya mvutano iliyokazwa mapema imetumika.

Fremu mbili za rombu, viungo vinne vinavyozunguka na chemchemi ya mvutano huunda Inclined Rhombic Crab-like Unit (IRC). Vitengo kadhaa vya IRC husambazwa kuzunguka mzunguko na chemchemi ya kubana ya wima huongezwa katikati.

Quasi-zero stiffness huundwaje?

Katika I-QZS, uharibifu wa kijiometri wa viungio vya rombu huzalisha athari ya ugumu hasi katika mwendo fulani, huku chemchemi ya kubana ya katikati ikitoa ugumu chanya; miteremko ya athari hizi mbili inapokaribia kusawazishana, mteremko wa mkunjo wa jumla wa nguvu–uhamisho huwa mdogo sana na eneo la quasi-zero-stiffness hutokea.

Modeli ya kijiometri

Kiungio cha rombu kinafafanuliwa kwa urefu wa kijiti \(l\), pembe ya awali \(\theta_0\), kubanwa kwa wima \(\delta\), pembe katika hali iliyobanwa \(\theta\) na pembe ya mwinuko wa anga \(\alpha\).

Urefu na upana wa awali:

\[ H_0=2l\cos\theta_0 \]

\[ W_0=2l\sin\theta_0 \]

Kutokana na jiometri na sheria ya kosini:

\[ \cos\alpha= \frac{(2l\cos\theta_0)^2+\delta^2-(2l\cos\theta)^2} {4l\cos\theta_0\delta} \tag{1} \]

na:

\[ \theta= \arccos \left[ \frac{\sqrt{(2l\cos\theta_0)^2+\delta^2-4l\cos\theta_0\delta\cos\alpha}} {2l} \right] \tag{2} \]

hupatikana.

Kiasi cha upanuzi wa upande wa kiungio:

\[ x=2l\sin\theta-2l\sin\theta_0 \tag{3} \]

hufafanuliwa hivyo.

Muunganiko wa nguvu za ugumu chanya na hasi

Nguvu ya jumla ya wima:

\[ F_k=F_a+NF_b \tag{4} \]

iko katika umbo hili. \(N\) inawakilisha idadi ya chemchemi za mvutano/vitengo vya IRC vinavyofanya kazi sambamba.

Nguvu chanya ya chemchemi ya kubana ya katikati:

\[ F_a=k_a\delta \tag{5} \]

hutolewa hivyo.

Kipengele cha nguvu ya wima cha chemchemi ya mvutano iliyounganishwa na utaratibu wa rombu:

\[ F_b=k_bx\tan\theta\cos(\alpha+\gamma) \tag{6} \]

kiko katika umbo hili.

Hapa \(\gamma\) ni pembe ya ziada ya kijiometri inayotokana na uharibifu:

\[ \gamma= \arcsin \left( \frac{\delta\sin\alpha}{2l\cos\theta} \right) \tag{7} \]

Uwiano wa ugumu:

\[ \gamma_k=\frac{k_b}{k_a} \tag{8} \]

na kubanwa kusiko na kipimo:

\[ \Delta=\frac{\delta}{l}, \qquad \Delta\in[0,1) \tag{9} \]

hufafanuliwa.

Hivyo, restoring force ya jumla isiyo na kipimo:

\[ F_k^* = \Delta+ 2N\gamma_k (\sin\theta-\sin\theta_0) \tan\theta \cos(\alpha+\gamma) \tag{10} \]

huchukua umbo hili.

Usemi huu unaonyesha kuwa sifa ya QZS haitokani tu na ugumu wa chemchemi, bali na uteuzi wa pamoja wa vigezo vya kijiometri \(\gamma_k\), \(\theta_0\) na \(\alpha\).

Uboreshaji wa NSGA-II wenye vikwazo vya kifizikia

NSGA-II huboresha kwa pamoja malengo matatu yanayokinzana:

1. Kupunguza kosa la wastani wa mraba (MSE) la tabia lengwa ya force–displacement,
2. Kupanua masafa ya kufanya kazi ya QZS,
3. Kupunguza uhamisho wa awali kwa muundo kompakt.

Jambo muhimu linalotofautisha utafiti huu na uboreshaji wa kawaida wa malengo mengi ni kwamba katika mwendo wote wa kufanya kazi:

\[ \min(K)>0 \]

sharti hili linatumika kama kizuizi cha lazima cha kifizikia. Kwa hivyo, miundo inayozalisha ugumu hasi wa jumla na inayoweza kuingia katika tabia tuli ya snap-through/bistable haijumuishwi katika seti ya suluhisho za Pareto.

Mzigo lengwa unapoongezeka kutoka 0,9 hadi 1,3, \(\theta_0\) hupungua kutoka takriban 45° kuelekea 30°. Tafsiri ya kihandisi ya chanzo ni kwamba mizigo lengwa ya juu zaidi huhitaji jiometri ya awali ya rombu iliyolala zaidi.

Matokeo tuli ya kiparameta

Kwa prototipu ya vitendo, suluhisho la NSGA-II lilizungushwa na \(\gamma_k\approx0,58\), \(\theta_0=37,5^\circ\) na \(\alpha=45^\circ\) zikachaguliwa.

Katika uchanganuzi wa kiparameta, chanzo kinaripoti kwamba:

• karibu na \(\alpha=45^\circ\), masafa ya QZS hufikia umbo laini na pana zaidi,
• katika thamani ndogo za \(\theta_0\), maeneo ya ugumu hasi wa jumla yanaweza kutokea,
• karibu na \(\gamma_k\approx0,6\), tabia pana na laini ya QZS hupatikana

.

Kwa nini modeli bora na muundo halisi nyumbufu hazitumii uwiano uleule wa ugumu?

Modeli bora ya pseudo-rigid-body huchukulia viungo na vijiti kuwa vigumu, ilhali viungio halisi vilivyochapishwa kwa 3D huonyesha Euler buckling na kupinda kwa upande/kisichokusudiwa chini ya uharibifu mkubwa, hivyo ugumu wa wima unaofaa hupungua; kwa sababu hiyo uwiano wa ugumu wa takriban 0,58 katika modeli ya uchanganuzi umeongezwa hadi takriban 0,82 katika utaratibu halisi nyumbufu.

Modeli ya vipengele vya mwisho

Kwa I-QZS, modeli ya vipengele vya mwisho yenye uharibifu mkubwa inayotegemea ABAQUS 2023 iliundwa. Mzigo wa uhamisho uliwekwa kwenye bamba la juu na sharti la mpaka lililofungwa likawekwa kwenye bamba la chini. Mesh ya tetrahedral huru ilitumika na ukubwa wa mesh ukahifadhiwa chini ya 4 mm.

Uhamisho uliongezwa kati ya 0–100 mm kwa hatua za 0,1 mm. Chanzo kinatofautisha hatua tatu za kimitambo katika picha za FEA:

• Pre-QZS: takriban 0–25 mm; tabia ya chemchemi chanya ya katikati ndiyo inayotawala.
• Mpito wa QZS: takriban 37,5–50 mm; viungio hukaribia nafasi muhimu ya mlalo na ugumu hasi husawazisha kwa nguvu ugumu chanya.
• Post-QZS: takriban 62,5 mm na kuendelea; viungio hupita nafasi muhimu na muundo huanza kuwa mgumu tena.

Fidia ya unyumbufu

Katika modeli ya uchanganuzi, uwiano wa ugumu unaohitajika ni takriban 0,58, ilhali katika muundo nyumbufu wa FEA ni takriban 0,82. Chanzo kinaueleza hivi:

\[ \eta= \frac{0,82}{0,58} \approx\sqrt{2} \]

inaelezwa hivyo.

Kwa \(\alpha=45^\circ\):

\[ \eta(\alpha)\approx\frac{1}{\cos\alpha} \]

makadirio haya yanapotumika:

\[ \eta(45^\circ)=\frac{1}{\cos45^\circ}=\sqrt{2} \]

hupatikana.

Ulinganishaji huu unamaanisha mchango wa ziada wa takriban %41,4 wa ugumu wa mvutano. Hata hivyo, \(\eta=\sqrt{2}\) si wa ulimwengu wote; pembe ya mwinuko inapobadilika, mgawo wa fidia lazima uhesabiwe upya.

Modeli ya kubiki ya restoring-force

Mkunjo wa force–displacement karibu na usawa tuli uliwekwa kwa polinomu ya shahada ya tatu. Chanzo kinaripoti vigawo:

\[ k_1=0,00225080\ \text{N/mm} \]

\[ k_2=-0,00201637\ \text{N/mm}^2 \]

\[ k_3=0,00061357\ \text{N/mm}^3 \]

na:

\[ R^2=0,99990882 \]

.

Katika tathmini ya unyeti ya chanzo, mchango wa vipengele vya mstari na vya shahada ya pili kwa mwitikio thabiti katika masafa lengwa ya kufanya kazi ulionekana kuwa mdogo, kwa hiyo kipengele kikuu cha kubiki kilihifadhiwa katika suluhisho la kimitambo lililofuata.

Mlinganyo wa kimitambo chini ya msisimko wa msingi

Mwendo wa msingi:

\[ z(t)=Z_0\cos\omega t \]

na uhamisho wa jamaa:

\[ u=y-z \]

vinapofafanuliwa, mlinganyo wa mwendo ni:

\[ m\ddot{u}+C\dot{u}+ku^3 = m\omega^2Z_0\cos(\omega t) \tag{13} \]

.

Hapa \(m\) ni uzito wa mzigo, \(C\) ni mgawo wa kupunguza mtetemo, \(k\) ni mgawo mkuu wa ugumu wa kubiki, \(Z_0\) ni amplitude ya msisimko wa msingi na \(\omega\) ni masafa ya pembe ya msisimko.

Incremental Harmonic Balance na mbinu ya uendelezaji ya SVD

I-QZS inaweza kuunda kukunjika na tabia za jump katika mkunjo wa rezonansi kutokana na kutokuwa mstari kwa nguvu. Kwa hiyo, suluhisho moja la Newton–Raphson haliwezi kufuatilia tawi la suluhisho wakati Jacobian inakuwa singular.

Mbinu ya IHB hukadiria mwitikio wa mara kwa mara kwa vipengele vya Fourier na, baada ya wastani wa Galerkin, huonyesha mfumo wa ongezeko kama:

\[ K\Delta A=R+R_m\Delta\Omega \tag{15} \]

.

Katika sehemu za kugeuka, \(K\) inapokuwa singular, pseudo-arclength continuation hutumika. Chanzo kinafafanua Jacobian iliyopanuliwa kama:

\[ J_R=[K\ -R_m] \]

na hupata vekta ya null-space inayolingana na sifuri kutoka SVD kwa:

\[ t_{raw}=V[:,end] \tag{17} \]

.

Mwelekeo wa uendelezaji uliorekebishwa:

\[ t=\frac{t_{raw}}{\|t_{raw}\|} \tag{18} \]

ndivyo ulivyo. Mbinu hii huwezesha matawi thabiti na yasiyo thabiti ya suluhisho kufuatiliwa kupitia sehemu za kugeuka.

Kwa nini 0,375 Hz ya kinadharia na 0,77 Hz ya majaribio zinatofautiana?

Matokeo ya 0,375 Hz yanatokana na hali bora za kinadharia zenye upunguzaji mdogo wa mtetemo na msisimko wa msingi wa 1,8 mm, ilhali matokeo ya 0,77 Hz yanatokana na jaribio la prototipu halisi lililotumia msisimko wa 8,8 mm kwa sababu ya kelele ya sensa na msuguano wa viungo; kwa kuwa tabia kali ya kubiki ya hardening hufanya masafa ya rezonansi kutegemea amplitude, thamani hizi mbili si marudio ya hali ileile ya majaribio.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Matokeo ya kimitambo ya kinadharia

Suluhisho la IHB lililinganishwa na ujumuishaji wa muda wa Runge–Kutta na chanzo kikaripoti ulinganifu mzuri. Katika hali bora za kinadharia kwa I-QZS:

Unyeti wa vigezo

Chanzo kinatenganisha majukumu ya vigezo vitatu vya kimitambo:

• Amplitude ya msisimko \(Z_0\): inapoongezeka, tabia ya hardening huimarika na kilele cha rezonansi huhamia kwenye masafa ya juu zaidi.
• Uwiano wa kupunguza mtetemo \(\zeta\): hukandamiza kilele cha rezonansi; lakini unaweza kudhoofisha kiasi fulani utendaji wa izolyasiyo katika masafa ya juu.
• Ugumu wa kubiki \(k_3\): ni mojawapo ya vigezo vikuu vya udhibiti usio wa mstari wa hardening, kupinda kwa mkunjo wa rezonansi na tabia ya jump.

Jaribio la nusu-tuli

Katika mpangilio wa majaribio, sensa ya nguvu, sensa ya uhamisho, kifaa cha kurekebisha ishara, kitengo cha kukusanya data na programu ya kompyuta inayotegemea LabVIEW 2024 Q1 vilitumika. Mzigo wa wima wa hatua uliwekwa kwenye kihami na mwitikio wa force–displacement ukarekodiwa kwa wakati mmoja.

Baada ya fidia ya ugumu, mikunjo ya nadharia, FEA na majaribio ilionyesha ulinganifu wa karibu katika masafa lengwa ya kufanya kazi ya QZS ya 40–70 mm. Nguvu ya majaribio kuwa kubwa zaidi katika 0–40 mm ilitafsiriwa kuhusiana na mkazo wa awali wa chemchemi na msuguano wa viungo; nguvu ya majaribio kuwa ndogo zaidi baada ya 70 mm ilihusishwa na kupinda kwa unyumbufu na mapengo ya usakinishaji.

Mpangilio wa jaribio la kimitambo

Mfumo wa kimitambo una shaker ya sumakuumeme, prototipu ya I-QZS, akseleromita mbili za piezoelectric za IEPE zilizowekwa upande wa kuingiza na wa kutoa, mfumo wa kukusanya data wa NI na programu ya uchanganuzi ya LabVIEW.

Msisimko wa 1,8 mm katika utafiti wa kinadharia haukutosha kushinda msuguano tuli wa viungo vya prototipu katika masafa ya chini sana na kutoa ishara ya kuaminika juu ya kiwango cha kelele cha akseleromita, kwa hiyo amplitude ya majaribio iliongezwa hadi 8,8 mm.

Msuguano wa mgusano katika viungo, viskoelastisiti ya PLA, upunguzaji wa mtetemo wa hewa na hasara nyingine hazikumodeliwa kila moja kivyake; masafa ya takriban \(\zeta=0,08–0,12\) ya upunguzaji wa mnato sawa yalikadiriwa kutoka mwitikio wa rezonansi uliopimwa. Katika ulinganisho wa nadharia–majaribio \(\zeta=0,10\) ilitumika.

Matokeo makuu ya majaribio ya izolyasiyo

Chanzo pia kinaripoti masafa ya majaribio ya kuanza kwa izolyasiyo ya I-QZS kuwa takriban 0,9 Hz na mzigo wa majaribio kuwa 5,724 kg.

Je, upunguzaji mdogo sana wa mtetemo daima humaanisha izolyasiyo bora?

Hapana. Uchambuzi wa bifurcation unaonyesha kuwa upunguzaji wa mtetemo unapokuwa mdogo sana na kutokuwa mstari kwa kubiki kunapokuwa na nguvu ya kutosha, period-doubling na mwitikio wa machafuko vinaweza kutokea; kwa hiyo katika muundo wa I-QZS si upitishaji mdogo pekee, bali pia kuhifadhi tawi thabiti la suluhisho ni kigezo cha lazima.

Bifurcation na machafuko

Chanzo kilitumia pamoja sehemu za Poincaré, historia za muda na trajectories za ndege ya awamu. Katika \(\zeta=0,02\), masafa thabiti 0,15 na kutokuwa mstari kwa kubiki kwa nguvu, mwendo wa mara kwa mara, period-doubling na madirisha ya machafuko huonekana amplitude ya msisimko inapoongezeka.

Katika amplitude ya chini karibu na \(Z_0=0,003\ \text{m}\), trajectory ya awamu huunda mzunguko wa kikomo uliofungwa na wa kawaida, ilhali katika kiwango cha \(Z_0=0,008\ \text{m}\), chanzo kinaripoti tabia ya chaotic strange attractor.

Kinyume chake, katika hali linganishi ambako ugumu wa kubiki ulichaguliwa kuwa mdogo zaidi, mwendo ulibaki kwa kiasi kikubwa wa kawaida na wa mara kwa mara licha ya uwiano wa kupunguza mtetemo kuwa mdogo sana. Matokeo haya yanaonyesha kuwa machafuko si matokeo ya upunguzaji wa mtetemo pekee, bali ya mwingiliano wa upunguzaji wa mtetemo–kutokuwa mstari.

Ulinganisho na miundo mingine ya biomimetiki ya QZS

Onyo la nambari ndani ya chanzo: Jedwali 3 linatoa masafa ya kilele ya 0,61 Hz kwa muundo uliohamasishwa na mguu wa kangaruu, ilhali maandishi ya mjadala yaliyo mara moja kabla yake yanatoa thamani ya 0,81 Hz. Thamani hizi mbili hazijapatanishwa ndani ya chanzo.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Utaratibu wa rombu uliotokana na jiometri ya viungio vilivyogawanyika vya mguu wa kaa unaweza kuzalisha tabia tulivu ya QZS.
• NSGA-II yenye vikwazo vya kifizikia inaweza kutumika kuboresha ubadilishanaji wa Pareto kati ya masafa ya QZS na ulinganifu wa nguvu lengwa.
• Katika utaratibu halisi nyumbufu, uwiano wa ugumu tofauti na ule wa modeli bora ngumu unahitajika.
• Mbinu iliyopendekezwa ya fidia huboresha ulinganifu kati ya nadharia, FEA na majaribio katika masafa lengwa ya kufanya kazi ya 40–70 mm.
• Mbinu ya uendelezaji ya IHB + SVD inaweza kufuatilia matawi ya rezonansi yenye kutokuwa mstari kwa nguvu na maeneo ya turning-point.
• Chini ya msisimko wa majaribio wa 8,8 mm, I-QZS ilipunguza masafa ya rezonansi kutoka 2,15 Hz hadi 0,77 Hz na upitishaji wa juu zaidi kutoka 11,87 dB hadi 3,91 dB.
• Mchanganyiko wa upunguzaji mdogo sana wa mtetemo na kutokuwa mstari kwa kubiki kwa nguvu unaweza kuunda maeneo ya kufanya kazi yenye machafuko.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti

• Hauonyeshi kuwa I-QZS itafanya kazi kwa uboreshaji huohuo katika viwango vyote vya mzigo.
• Hauonyeshi kuwa mgawo wa fidia \(\eta=\sqrt{2}\) ni wa ulimwengu wote kwa jiometri zote za QZS.
• Haithibitishi uimara wa muda mrefu dhidi ya uchovu wa prototipu ya PLA.
• Haipimi athari ya kulegea kwa mkazo wa awali wa chemchemi za mvutano kwa miaka.
• Haithibitishi kuwa utendaji huohuo utadumishwa katika mitetemo halisi ya uwanjani ya mihimili mingi au ya nasibu.
• Haithibitishi moja kwa moja utendaji wa uwanjani katika mashine ya viwandani au chombo cha uhamaji binafsi.
• Haitambui msuguano, hysteresis ya nyenzo na upunguzaji wa mtetemo wa hewa kama vigezo tofauti vya kifizikia.

Maeneo ya matumizi ya kihandisi

Chanzo kinajadili kuwa muundo una uwezo kwa familia mbili za matumizi. Ya kwanza ni mifumo mepesi ya uhamaji binafsi kama skuta za umeme, baiskeli, viti vya magurudumu na magari madogo yanayojiendesha. Ya pili ni mifumo ya viwandani inayohisi mtetemo wa masafa ya chini, kama mashine za utengenezaji wa usahihi, mashine za kuchakata, compressors, pumps na mashine zinazozunguka.

Maeneo haya yanawasilishwa katika chanzo kama matumizi yanayowezekana. Uthibitishaji wa kifizikia wa utafiti umewekewa kikomo kwa prototipu ya maabara na hali moja ya mzigo.

Vikwazo vikuu na kazi za baadaye

1. Fidia inayotegemea jiometri: \(\eta\approx\sqrt{2}\) ni halali tu kwa muundo wa sasa wenye mwinuko wa \(45^\circ\).
2. Hakuna data ya uchovu: uchovu wa muda mrefu wa chemchemi za mvutano na kulegea kwa mkazo wa awali haujapimwa.
3. Hakuna mzigo unaobadilika: mfumo umeboreshwa kwa mzigo mmoja lengwa na hauna urekebishaji wa mzigo wa kujitegemea.
4. Viungo: kuna pengo na msuguano wa mgusano katika viungo vya tundu–shaft ya chuma vilivyochapishwa kwa 3D.
5. Viskoelastisiti ya PLA: hysteresis ya nyenzo haijatatuliwa kwa modeli tofauti ya kikatiba.
6. Modeli sawa ya upunguzaji wa mtetemo: msuguano, hysteresis, upunguzaji wa mtetemo wa hewa na hasara nyingine zimeunganishwa katika kigezo kimoja cha makroskopiki cha upunguzaji wa mnato katika masafa ya \(\zeta=0,08–0,12\).
7. Upakiaji wa pande nyingi: majaribio ya uimara chini ya msisimko wa mihimili mingi na hali tofauti za mazingira yanapaswa kufanywa siku zijazo.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa asilia: Nonlinear Modeling and Low-Frequency Isolation Characteristics of a Crab-Inspired Quasi-Zero-Stiffness Isolator with Compliant Compensation

Waandishi: Zhe Yang; Xi-Chu Wei; Wen-Guang Fu; Shu-Kai Li; Zhen Wang

Mwandishi wa mawasiliano: Zhen Wang

Taasisi: School of Mechanical Engineering, Dalian University, Dalian 116622, China

Jarida: Machines

Mchapishaji: MDPI

Aina ya uchapishaji: Makala ya utafiti iliyopitiwa na rika

Rekodi ya bibliografia: Machines, 2026, 14(8), 881

DOI: 10.3390/machines14080881

Uwasilishaji: 4 Julai 2026

Marekebisho: 28 Julai 2026

Kukubaliwa: 31 Julai 2026

Kuchapishwa: 3 Agosti 2026

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Aina kuu ya utafiti: Uundaji wa modeli ya kimitambo usio wa mstari, uboreshaji wa malengo mengi, uchanganuzi wa vipengele vya mwisho, utengenezaji wa prototipu za maabara, uthibitishaji wa majaribio wa nusu-tuli na wa kimitambo, na uchanganuzi wa bifurcation.

Uboreshaji: Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) yenye vikwazo vya kifizikia; MOPSO kama mbinu ya kulinganisha.

Programu ya vipengele vya mwisho: ABAQUS 2023.

Ukusanyaji wa data za majaribio: Sensa za nguvu na uhamisho; katika jaribio la kimitambo, akseleromita mbili za piezoelectric za IEPE na vifaa vya kukusanya data vya NI; uchanganuzi unaotegemea LabVIEW 2024 Q1.

Suluhisho la kimitambo: Incremental Harmonic Balance, pseudo-arclength continuation, suluhisho la null-space linalotegemea SVD na uthibitishaji mtambuka wa Runge–Kutta.

Nyenzo ya prototipu: PLA; katika chanzo moduli ya unyumbufu imetolewa kuwa 3500 MPa, msongamano 1,20 g/cm³ na uwiano wa Poisson 0,32.

Mzigo wa majaribio: Katika jedwali la kulinganisha, 5,724 kg kwa utafiti huu.

Ufadhili: Department of Science and Technology of Liaoning Province, grant No. 2025JH2/101800357.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa michango asilia ya utafiti ipo ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Zhe Yang — rasimu ya awali, uonyeshaji, mbinu na mapitio; Xi-Chu Wei — usimamizi wa mradi, uchanganuzi rasmi, upangaji wa data na usimamizi; Wen-Guang Fu — usimamizi, uthibitishaji, uchanganuzi rasmi na programu; Shu-Kai Li — usimamizi, uthibitishaji, uchanganuzi rasmi na rasilimali; Zhen Wang — uundaji wa dhana, ufadhili, usimamizi wa mradi, uthibitishaji na uchanganuzi rasmi.

Kikomo kikuu cha kimetodolojia: Majaribio ya kifizikia yalifanywa kwa mzigo mmoja lengwa na katika hali za maabara. Mzigo unaobadilika, uchovu wa muda mrefu, mtetemo wa pande nyingi na mazingira halisi ya matumizi bado hayajathibitishwa.

Dokezo la nambari ndani ya chanzo: Kwa muundo wa marejeleo uliohamasishwa na mguu wa kangaruu, maandishi ya mjadala yanatoa 0,81 Hz, ilhali Jedwali 3 linatoa masafa ya kilele ya 0,61 Hz.

Kuchora upya taswira: Ubadilishaji wa jiometri ya biomimetiki, mtiririko wa uboreshaji wa NSGA-II, utaratibu wa kubanwa wa QZS, ulinganisho wa nadharia–FEA–majaribio na grafu ya transmissibility ya mstari/I-QZS vinaweza kujengwa upya kwa Verianla kwa namna asilia huku mahusiano ya chanzo yakihifadhiwa.

Ufaafu wa Verianla Live: Inafaa sana kwa Live Figure, Live Process, Live Equation na Live Compare. Uigaji shirikishi unaomruhusu mtumiaji kubadilisha vigezo vya kisayansi na kuhesabu matokeo mapya ya utendaji ambayo hayapo katika chanzo haufai.