不同振动形式下压电俘能结构热弹性耗散研究

通常情况下,压电材料应用于结构中可实现对外界能量的俘获,但是在能量收集过程中,热弹性耗散将对其能量俘获效率产生影响。因此,本文提出了压电俘能结构热弹性耗散特性的研究方法;首先,基于Euler-Bernoulli梁理论,并结合压电结构变形影响时的热传导方程以及压电结构电场方程,推导出在压电热弹性耦合下不同振动形式时结构的控制方程;然后,通过数值计算和仿真分析的方法得出结构的频率漂移及热弹性阻尼的变化,得到了不同振动形式下温度场对压电结构的影响;同时,针对结构几何尺寸对结构热弹性耗散的影响进行了讨论,得到了压电热弹性耦合对压电装置能量俘获的影响。     

随机微分系统的耗散性

提出了有关Ito型随机微分系统耗散性理论的新概念:按模耗散、按模等度耗散和按模一致耗散,并利用Lyapunov方法,借助于Ito微分公式沿着Ito型随机微分系统的解对所构造的Lyapunov函数求导数,给出了Ito型随机微分系统有关按模耗散理论的一些代数判据,获得了与确定性常微分系统耗散性理论相对应的结论,最后的算例证明了该方法的有效性和可行性。     

Euler方程无网格算法及布点技术

研究了Bitina的显式无网格算法。在该算法的基础上,给出了Euler方程无网格离散形式,运用RungeKutta显式时间推进格式推进求解。文中的耗散项采用了与非结构网格上类似的守恒型耗散算子,边界条件的处理借鉴了结构化网格处理技术。此外,本文还描述了一种区域离散布点方法,研究了点云生成的选点准则,并成功地数值模拟了二维翼型的典型绕流。     

利用压电主动构件进行空间桁架结构的振动控制(英文)

主动控制是增强结构设计鲁棒性、提高结构性能的一种有效方法。本文利用在空间桁架结构内部配置的压电主动构件作为控制执行元件,进行了结构的主动阻尼控制实验,获得了较好的阻尼控制效果.首先设计了一种用于桁架结构控制中的压电堆式主动构件,并对其进行了实验研究,然后采用直接速度反馈控制策略,实现了结构的主动阻尼控制。文中还引入模态耗散能因子的概念,讨论了主动构件的优化配置问题.通过实验比较了空间桁架结构开环和闭环时的振动响应,说明了文中所述方法的有效性.     

液滴撞击柔性材料表面铺展特性的实验研究

采用高速摄影与计算机图像识别技术，研究了单个液滴撞击不同厚度、不同弹性模量的聚二甲基硅氧烷（PDMS）样品表面后的动态铺展过程，获得了液滴与柔性材料表面的移动接触线直径随时间的变化规律。实验结果表明:柔性材料在撞击过程中受压变形所导致的固体材料粘性能量耗散与系统的总能量相比很小，不会对液滴的铺展过程产生明显影响；在较低的撞击速度下，柔性材料表面形成的润湿脊所导致的粘弹性能量耗散是系统能量耗散的重要因素，且随着柔性材料弹性模量的减小而增大，因此液滴撞击弹性模量较小的PDMS表面时的最大铺展系数相对较小；当撞击速度增大后，粘弹性能量耗散在总能量耗散中所占的比例降低，液滴铺展过程中的液体粘性能量耗散所占比例逐渐升高，柔性材料弹性模量对液滴铺展行为的影响逐渐降低。     

典型结构振动控制的机理和特点

目前,随着科学技术的进步,传统的结构与环境载荷间的被动控制关系已不能满足需要,又增添了现代主动与半主动控制关系。本文通过单自由度隔振系统和耗散功的概念,说明传统被动与现代主动和半主动控制结构振动及隔振的机理,还就它们的一些特点作了比较。     

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。     

基于噪声激励的板壳结构内损耗因子辨识方法

统计能量分析(Statistical Energy Analysis(SEA))是解决复杂结构高频动力学问题的经典理论。在具体的应用中,准确获取表征子系统能量耗散的内损耗因子是重要的使用前提。文章提出了基于噪声激励的板壳结构内损耗因子试验辨识方法,该方法克服了传统稳态能量流和瞬态衰减法的不足之处,简化了试验过程。使用该方法通过试验获取一块铝板的内损耗因子。通过对比分析该方法和脉冲激励法的辨识结果,结果表明该方法的结果具有较高的精度。     

水刹车冲击塔结构及原理分析

了解冲击对人体产生的影响、人体对冲击的响应及人体的抗冲击耐力极限值,在医学工程界极为重视。在载人航天飞行中,对人体耐受冲击力指标的研究,是确保航天员生命安全的重要课题。但是一般的冲击阻尼介质难以满足人体的冲击试验要求,因此研制以水为阻尼介质的水刹车冲击塔,为生物冲击及生物防护产品冲击试验提供冲击环境。介绍了水刹车冲击塔的结构组成及工作原理。以任意冲击曲线为例,分析了水刹车冲击塔刹车过程中的运动方程及能量方程,得到了在冲击刹车过程中排水面积的变化规律,通过试验验证了理论分析的正确性,试验重复性好、精度高,冲击波形曲线满足试验及国军标要求。水刹车冲击塔可实现多种冲击波形及脉宽要求,是非常理想的冲击试验设备,性能稳定可靠,可调性强,应用范围广。     

将工作与噪声电流分离的母线型滤波器单元开发

基于"集肤"与"邻近"效应开发一种可将"工作"与"噪声"电流分离的电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)滤波器。若在所开发的单元外侧制备具有一定厚度、对噪声可实现有效衰减的导体,由于集肤效应,该单元可实现对共模高频噪声电流的有效耗散;若在单元的内侧制备相同材料的导体,由于邻近效应,该单元可实现对差模高频噪声电流的有效耗散。采用合适的电气连接方式,滤波器单元可以将"噪声"电流和"工作"电流分离,从而对高频噪声电流进行有效的抑制,而对"工作"电流几乎衰减很小。文中基于有限元法,建立了该类单元的时谐场模型,仿真了单元导体中的电流密度分布,提取了其交流电阻系数,定量描述了该类单元对噪声的耗散能力。     

共轴刚性旋翼气动干扰数值计算方法

建立了一个适用于共轴刚性旋翼气动特性分析的数值模拟方法。该方法采用任意拉格朗日欧拉方法(Arbitrary Lagrange Euler,ALE)描述的可压缩Navier-Stokes(N-S)方程求解流场,采用低数值耗散的Roe格式进行空间离散;使用多重嵌套网格方法以模拟双旋翼的运动。针对共轴刚性旋翼配平,引入"差量修正"策略解决了传统配平中雅克比矩阵计算复杂的问题。首先,对Harrington-2共轴双旋翼的悬停气动性能进行了计算,然后,对某2 m直径共轴双旋翼的悬停及前飞状态进行了计算,并与试验值进行了对比。结果表明:在典型状态下拉力系数的计算结果与试验值误差在3%以内,扭矩系数的计算结果与试验值误差基本在5%以内;所采用的数值计算方法对旋翼涡尾迹特征具有较高的捕捉精度,可以有效模拟共轴刚性旋翼悬停和小速度前飞下的复杂流场及其细节特征。     

人体空气动力学问题

本文首次提出了人体空气动力学的基本概念、研究内容、方法和当前存在的主要问题。阐述了高速气流吹袭对人体造成的影响,分析了人体各部分的气动特性,给出了人体上肢、小腿及头颈部的阻力系数曲线,认为人体四肢和头颈部在高速气流吹袭下产生的相对于人椅系统甩打运动,将对人体的安全弹射造成严重威胁,是飞行员安全弹射的主要障碍。本文还对目前国内外所研究的高速气流防护装置按其防护原理进行了分类,并评价了他们的防护能力。本文介绍了国内外的主要研究成果,并对其中人椅系统的速压计算问题作了较为详细的阐述,介绍了作用在人椅系统上的速压修正的半经验公式。此公式不仅适用于计算像人椅系统那样的大钝体,而且也适用于计算其它大钝体在任意 M 数范围内的阻力系数。最后,文中对今后的研究工作提出了一些建议。     

某风洞主体结构的有限元分析

由于某风洞主体结构为典型的薄壁结构,所以在设计阶段必须考虑其静强度、静刚度、动态特性以及支座形式和布置问题。笔者阐述了风洞主体结构的网格划分方法,根据模型简化原则,通过MSC／Patran建立了有限元计算模型;同时,通过CAE软件MSC／Nastran,根据先进的模态计算方法-Lanczos法,对该风洞主体结构进行了有限元分析,获得了静力学以及模态分析结果。结果表明：该风洞主体结构满足静强度与静刚度要求,总体刚度分布合理,模态频率分布良好,但应对部分部件进行进一步优化。     

柔性结构系统的子空间分析方法

子空间状态空间系统辨识(4SID)方法是分析线性振动系统动态特性的一种新的时域方法。该方法直接从测量数据辨识出系统的状态空间模型,无需非线性搜索和参数正则化,具有良好的数值特性,尤其适用于复杂的高阶多变量系统。本文应用其对一已知模态的桁架结构进行了仿真分析。     

悬停状态旋翼非定常尾迹测量

用热线风速仪测量悬停状态旋翼尾迹的轴向、切向速度分量的时均值和瞬时值沿展向的分布及桨尖涡在轴剖面里的运动轨迹，得到了悬停状态旋翼尾迹的几何边值、桨尖涡在运动过程中的耗散和不稳定等非定常特性，研究了旋翼桨距、桨叶片数对悬停状态旋翼尾迹和桨尖涡运动轨迹的影响。结果表明：悬停状态旋翼尾迹轴向速度在其展向的最大值可达或超过动量理论值的两倍；而桨尖涡区域的瞬态值则高达动量理论值的１０倍。旋翼桨距、桨叶片数的     

球管焊接应力应变有限元三维数值模拟

利用大型有限元分析软件ANSYS,对空心球与钢管焊接件的温度场和应力应变场进行了三维数值动态模拟。不同阶段具体控制措施的准确运用使焊接模拟这一复杂过程得以实现,有限元分析计算结果表明,由于钢球及钢管弧线方向不易变形,管球焊接焊缝应力水平较高,焊缝较易发生脆性破坏,合理的焊接速度与分段施焊法的应用均能有效降低焊接应力水平。     

分布传递函数方法的梁杆几何非线性分析

本文提出了一种基于动坐标的、适用于梁大变形分析的传递函数方法，在本方法中，一个复杂系统被分为若干一维子系统，各子系统根据梁的有限变形理论进行推导，推导中把轴力看作子系统的参数，引入状态向量后，可以将子系统的控制方程改写为含参状态空间的形式，然后利用传递函数方法求解，系统的合成借鉴了有限元的处理方法，引入了动坐标关系，使方法可以用于对大变形的分析。文后给出了算例表明本文方法有很高的精度和很好的收敛性。     

用弯剪法计算两向正交正放平板网架各杆内力

本文在节点法和截面法的基础上，将两者融为一体，为计算两向正交正放平板网架各杆内力，提供了一种新颖方法，称其为弯剪法，文中引用了实例，结果与其它方法完全一致，并符合实际，这就证实了本法的有效性和可靠性，有一定的参考价值。     

有色噪声补偿下降阶系统状态的最优估计

在大型空间结构的控制系统设计中,降阶系统的状态估计是非常重要的环节,它直接关系到控制器的性能。针对B.Friedland的工作,本文提出了有色噪声补偿模型,在恒等变换下显式地消去了有色噪声项,利用正交投影定理仅对感兴趣的状态分量导出了无偏、最小方差估计。这组递推估计式与采用增广状态方法相比,不仅在处理容量、计算效率上有很大改进,而且是标准Kalman滤波方程的推广。注意到原系统与降阶系统之间的内在联系,本文采用随机系统分析方法,给出了在高斯、马尔可夫假设下,有色噪声模型特征参数的在线识别技术。数字仿真表明,对偏差补偿起主要作用的是有色噪声补偿模型中的驱动白噪声项,这是对B.Friedland工作的发展。     

相变服装对人体动态热感觉影响模型

为了探讨加入相变微胶囊后服装的热舒适性,发展了一个着相变服装的人体动态热感觉评价系统.该系统由改进的25节点人体热调节模型,含相变微胶囊的服装动态热、湿传递模型和人体动态热感觉评价模型组成.通过人体-相变服装-环境系统的运行模拟环境和服装对人体热响应的影响,将人体的热响应作为动态热感觉评价模型的输入来预测人体的热感觉.模型预测与实验数据进行了比较,具有满意的精度.预测和比较不同相变材料含量的服装穿着动态热感觉特性,结论表明:在合适的范围内,含相变微胶囊较多的服装具有更好的热感觉和舒适性.