考虑滑移的螺栓连接动力学建模方法

螺栓连接结构受载时经常会出现滑移，这种滑移会影响结构的动力学性能，继而对结构的性能和寿命造成影响。本文以双螺栓连接结构为对象，通过实验和数值仿真手段研究滑移对结构模态特性的影响。实验结果表明，预紧力的增大会导致共振频率上升，而随着激励幅值增大，共振频率下降且每个周期能量耗散量对模态力的梯度增大。基于实验结果，结合考虑滑移的Iwan模型理论，建立非线性动力学模型，应用四阶龙格库塔法进行求解。根据计算结果对宏观滑移情况下的结构模态进行分析，发现此时二阶弹性模态中的共振频率下降量增大，能量耗散量对模态力的梯度降低。该数值计算模型可以很好地表征螺栓连接结构的模态特性，且计算效率高。     

基于空间算子代数理论多刚体系统反向动力学仿真

应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica5.2的环境下,对多刚体系统反向动力学进行设计与实现.广义质量是正、反向动力学及联系旋量力和旋量加速度的重要参量,据此可形成高效递推算法.用空间算子代数理论求广义质量、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征.运用VB.NET编程软件实现与Mathematica5.2软件无缝集成,对多刚体系统动力学仿真及反向动力学进行参数化分析与计算,给出了实施过程.根据分析结果,对PUMA560机器人进行了反向动力学设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性.     

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象，建立了系统六自由度非线性动力学模型，考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑（Elasto hydrodynamic lubrication, EHL）理论计算了时变摩擦因数，与库伦摩擦模型进行了对比分析，得到了齿轮副非线性振动方程，同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组，得到了系统的时域动态响应和相图，并分析了系统的动力学特性。     

旋翼与机身耦合的多柔体动力学方程

在分析旋翼系统的挥舞、摆振和变距运动的基础上，应用柔性多体理论建立旋翼系统的动力学方程，并利用超单元技术建立机身动力学方程，然后根据模态综合技术建立旋翼与机身耦合系统动力学方程。同时作线性处理，计算一个简单模型的固有频率，为旋翼与机身耦合系统的振动特性和响应分析提供一种新模型。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法，考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响，建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法，对动力学方程进行了数值求解；通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型，分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时，轴承的支承刚度会产生4%左右的波动，输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%；支承刚度的时变性使得系统的非线性增强，稳定性变差；支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大，对并车级动载系数影响较小。     

多间隙润滑空载四连杆机构动力学分析

以空载四连杆机构为研究对象,分析间隙关节位置、数量及润滑对其动力学响应的影响问题。其中,考虑能量耗散的Lankarani-Nikravesh连续碰撞力模型被用来计算间隙关节处的法向碰撞力,摩擦力的计算采用改进的Coulomb摩擦力模型,而润滑力则采用Sommerfeld润滑条件下无限长轴颈-轴承的润滑力模型来计算。仿真结果表明不同位置处的关节间隙对动力学响应的影响不同,两个间隙关节对系统响应的影响比一个间隙关节大得多,而润滑关节能稳定系统的震荡,具有很好的缓冲作用。本文的研究更加真实地反映了机构的动力学特性,为机构设计及运动精度的分析提供了基础。     

基于CFD与飞行动力学耦合方法的舰载直升机着舰平衡分析

将计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）模型与飞行动力学模型相结合， 建立了适用于舰载直升机着舰飞行的平衡分析方法。在满足气动力计算精度的前提下,为提高计算效率，CFD模型使用Euler方程作为主控方程，并采用动量源项代替旋翼对其流场的作用。将CFD计算所得气动力对飞行动力学模型计算所得气动力进行修正迭代，并根据牛顿迭代法求解飞行动力学平衡方程，最终求得平衡参数。应用所建立的方法，首先进行了算例验证，以表明方法的有效性;然后着重对舰载直升机着舰飞行进行了平衡计算与分析，为直升机着舰飞行提供参考。     

基于WENO-分段线性格式的旋翼流场数值模拟

为了降低二阶JST(Jameson-schmidt-turkel)格式导致的数值耗散,发展了一套适合于格心格式的基于加权本质无振荡(Weighted essentially non-oscillatory,WENO)-分段线性格式的旋翼流场数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法生成围绕旋翼的网格系统,主控方程选择Navier-Stokes(N-S)方程。为了更加有效地对桨尖涡等流动细节进行捕捉,在笛卡尔背景网格上采用七阶Roe-WENO格式计算对流通量;在桨叶贴体非结构网格上采用二阶精度的Roe-分段线性格式计算对流通量。时间离散采用了高效的双时间隐式LU-SGS(Lower upper symmetric Gauss-Seidel)方法进行时间推进。最后,应用上述方法对悬停状态的C-T(Caradonna-tung)旋翼和Helishape 7A旋翼进行了数值模拟,将数值计算结果与实验数据进行了对比,计算值与实验值吻合较好;并将桨尖涡模拟效果与二阶JST格式的模拟效果进行了对比。对比结果表明:本文方法能有效对旋翼流场进行计算,且在相同计算条件下,WENO-分段线性格式能够更有效地捕捉旋翼涡流场的流动特性,表明在计算旋翼涡流场时WENO-分段线性格式相比传统二阶JST格式具有更低的数值耗散。     

考虑界面微观滑移的连接非线性系统多尺度分析

振动环境下,连接界面上存在着复杂的多尺度粘滑摩擦行为,进而造成含连接系统复杂的非线性振动现象。本文针对机械结构中的搭接连接系统,采用改进的Iwan迟滞非线性模型建模连接界面的多尺度粘滑行为,建立了连接系统的非线性运动方程,利用多尺度摄动分析方法研究了系统在初始条件下的自由振动,获得了系统响应的近似解析解并与直接数值积分解进行了对比;研究了粘性阻尼系数、刚度比等参数对系统动力学响应的影响。结果表明,Iwan迟滞非线性模型能够复现界面多尺度的微观粘滑行为;多尺度近似解析解和数值解吻合很好;连接系统的自由振动过程中,系统相轨迹以螺线收敛,但平衡位置可能发生偏移;界面切向刚度表现出随振幅增大而减小的软化非线性特点,系统瞬时固有频率随振幅减小而增大;振动过程中连接界面单位周期的能量耗散随振动幅值的减小而减小。研究结果为进一步探索含连接复杂装配结构的非线性动力学行为提供了基础。     

二维复值Ginzburg-Landau方程的一个高阶紧致ADI差分格式

对二维复值金兹堡朗道(Ginzburg-Landau,GL)方程提出一个基于时间分裂的高阶紧致交替方向隐式有限差分格式。本文通过时间分裂法将GL方程分裂成一个非线性子问题及两个线性子问题,对非线性子问题以及其中一个线性子问题均通过精确积分进行计算,并对另一线性子问题构造紧致交替方向隐式差分格式进行数值计算。实际计算中,在每一时间步,利用追赶法求解一族常系数三对角线性代数方程组,从而使得算法既具有较高精度又拥有较快的计算速度。数值实验表明该算法在时间和空间方向分别具有二阶和四阶精度,并模拟了方程的一些动力学行为。     

Roe格式在多组元燃烧流场数值模拟中的应用

对Roe通量分裂格式进行了详细讨论，并将其推广应用到基于非结构网格的高超声速多组元燃烧流场的数值模拟中。控制方程采用三维多组元Euler方程，重点针对Roe格式开展研究；考虑到燃烧流场求解过程中出现的刚性问题，对化学反应源项采用点隐式方法处理。对超声速条件下钝头体激波诱导燃烧流场进行了数值模拟，比较分析了3种经典化学动力学模型对流场结构的影响，获得与数值模拟、试验数据相符的结果。结果表明发展的方法可以用于多组元燃烧流场的数值分析，且化学动力学模型的选取直接影响激波诱导燃烧流场中诱导区厚度。     

多体系统的通用程序SNERM

本文介绍基于子系统牛顿欧拉递推法编制的可进行多体系统运动学、动力学分析的通用程序SNERM,该程序以解机器人链系统为主程序块,通过增加各子程序块从而可处理系统中含有多自由度铰、含有运动激励、参考体具有一般运动、具有复杂的拓朴结构的复杂多体系统的动力学问题。并包含奇异值分解(SVD)子程序块,故可用SVD缩并法解约束多体系统动力学及解具有冗自由度系统运动学问题,并采用递推及程式化计算公式,适合工程应用及具有较高的计算效率,可广泛应用于航天器、机器人、车辆、机构等多体系统运动学动力学分析。文中对子系统牛顿欧拉递推法的特点作了简述,并对递推及程式化计算公式作了归纳。最后给出了两个分别是参考体具有转动及非树机构动力学分析算例。说明该程序应用方便,工程实用,可扩展性好,通用性强且计算正确。     

二维双曲型守恒律的一类MmB差分格式

基于通量分裂、单元平均分片线性重构及逆风特性进行空间离散,构造了二维标量非线性双曲型守恒律的一类新的二阶精度的半离散差分格式。进一步地利用二阶TVDRunge-Kutta离散方法对时间进行离散,得到了一类新的时空二阶精度的全离散差分格式,并证明了格式的MmB特性。之后,将格式按分量形式推广到二维非线性双曲型守恒方程组。该方法的一个主要优点是使用分量形式格式计算二维非线性双曲型守恒方程组,无须解黎曼问题且不用进行局部特征分解,因而形式简单、计算量小。通过计算二维可压缩流欧拉方程组的几个算例,数值结果表明,该格式具有高精度、高分辨率及计算简单的特点。     

Modeling and Optimal Design of Planar Linkage Mechanism of Coupled Joint Clearances for Manufacturing

The uncertainty of the mechanism motion error is mostly caused by the manufacturing process,so the motion error cannot be effectively predicted at the design phase.The problems of manufacturing complexity and the relationship between design and manufacturing are analyzed,and the influence of dimensional tolerance and fit tolerance on the motion accuracy of the system is considered in the design process.Then based on the Monte Carlo simulation,an optimal design model of planar linkage mechanism is set up.A typical offset slider-crank mechanism is used as an illustrative example to carry out the optimal design.Compared with the result of typical robustness design,the similar variation characteristics of the mean value and the standard deviation can be found,so the proposed method is effective.The method is furthermore applied in the optimization of the schemes with different fit tolerances and the prediction of motion errors in the design phase is achieved.A set of quantitative evaluation system for mechanism optimal design is provided.Finally,a basic strategy is presented to balance the motion precision and manufacturing cost.     

Influence of Setting Error of Tool on Tooth Profile and Contact Point of Face Gear Drive

In order to analyze the influence of setting error of tool on both tooth profile and contact characteristic of orthogonal face gear drive,the coordinate systems with and without setting error are established.Moreover,the equations of tooth profile and contact points of face gear drive are derived by envelope principle.According to the equations,the change of tooth profile and the contact points position on face gear are analyzed.The tooth surface and contact points are obtained by numerical simulation.Results show that the tooth profile and contact characteristic of face gear drive are not sensitive to the setting error of tool.     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题，提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值，再使用数值迭代算法对其进行修正计算，仿真结果表明，该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散，得到收敛的识别结果。针对上述算法，本文以多输入多输出简支梁为模型，分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示，参数的选择对算法的效率和精度影响很大，不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散，所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

用于微小卫星的陀螺随机常值偏置误差的在轨标定

结合陀螺在微小卫星上的使用,提出了一种不依赖于其余敏感器信息的陀螺随机常值偏置实时在轨标定技术.该技术利用陀螺在轨实时测量信息,结合卫星姿态动力学本身的约束,实现了陀螺加电后初始随机零偏的在轨实时确定.分析了标定模型的可观性,得出了该技术的适用条件.仿真结果表明,该标定算法具有较高精度,对陀螺采样频率具有一定的鲁棒性,并具有较快的收敛速度,在给定的姿态动力学模型的精度条件下,100 s内基本稳定,收敛精度在1.0 (°)/h左右,标定性能可满足空间任务的需求.     

A New D-GCL for Unidirectional Motion with Large Displacement

Numerical simulations of unsteady flow problems with moving boundaries commonly require the use of geometric conservation law(GCL).However,in cases of unidirectional large mesh deformation,the cumulative error caused by the discrete procedure in GCL can significantly increase,and a direct consequence is that the calculated cell volume may become negative.To control the cumulative error,a new discrete GCL(D-GCL)is proposed.Unlike the original D-GCL,the proposed method uses the control volume analytically evaluated according to the grid motion at the time level n,instead of using the calculated value from the D-GCL itself.Error analysis indicates that the truncation error of the numerical scheme is guaranteed to be the same order as that obtained from the original D-GCL,while the accumulated error is greatly reduced.For validation,two challenging large deformation cases including a rotating circular cylinder case and a descending GAW-(1)two-element airfoil case are selected to be investigated.Good agreements are found between the calculated results and some other literature data,demonstrating the feasibility of the proposed D-GCL for unidirectional motions with large displacements.     

三参数Weibull分布参数的极大似然估计数值解法

利用降阶思想,给出了一种新的求解三参数Weibull分布参数的极大似然估计数值方法。该方法首先假定形状参数已知,将三元方程组转化为二元方程组,并用二分法求解该二元方程组的数值解,然后将尺度参数和位置参数表示成形状参数的函数,此时极大似然函数仅是关于形状参数的单变量函数,再次应用二分法即可得出形状参数的最优估计结果。该算法稳定,不需要赋予初始值,对样本数量没有限制。与其他方法相比,具有计算精度高、运算速度快的优点,便于工程应用。     

基于最小偏度采样的卫星自主导航SRUKF算法

针对航天器自主导航系统对可靠性、精确性和实时性的要求,将最小偏度采样策略和平方根Unscented卡尔曼滤波(SRUKF)算法相结合,提出了一种改进型SRUKF算法,该算法在保证滤波精度和标准Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法相当的条件下,通过引入最小偏度采样减少了采样点数,提高了计算速度,以协方差阵的平方根代替协方差阵参加递推运算,减少了计算机舍入误差.将该算法应用于磁强计/雷达高度计组合导航系统中,仿真结果表明:该算法保证了估计精度,较大地减轻了计算负担,具有算法简单、计算效率较高的特点,能够满足卫星自主导航系统的要求.