弹簧连接的锥形杆结构撞击问题的解析解

 提供了弹簧连接的锥形杆结构撞击问题的解析解。振动过程中把杆和质点作为整体考虑，采用无量纲变量，从而简化方程模型。算例说明了锥形杆中波传播情况和撞击端的响应，并且讨论了若干参数，如系统质量参数和锥形杆截面倾角对波传播的影响。解决含弹簧连接的锥形杆结构的纵向撞击问题，并且与等截面杆相应的纵向撞击问题进行了比较。     

轴的扭转振动分析

用波方程描述轴的扭转振动，轴的振劝用空间与时间坐标来描述的，运动方程是偏微分方程。     

含弹簧-质量系统的多段杆的撞击响应

 杆截面形状和质量以某些特定函数（如多项式函数、指数函数及三角函数等）变化时,给出了其弹性撞击问题的闭合解。使用直接模态叠加法（DMSM）研究了不等截面杆及含附加弹簧 质量系统杆的弹性撞击问题。把撞击物和被撞击物作为一个整体系统振动,从而把撞击问题转化为振动问题。基于各段杆上纵向位移的闭合解,得到撞击系统的频率方程、广义质量,并由Duhamel积分得到动力响应。与常规有限元法比较,所提方法能够减少划分单元的总数和CPU运行时间。算例验证了本文方法的有效性。     

飘浮基两杆柔性空间机械臂的振动分析与振动抑制

对载体位置无控、姿态受控的飘浮基两杆柔性空间机械臂操作过程中的振动进行了分析,并提出了对振动进行有效抑制的方法。首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到系统的动力学方程。然后对该系统操作过程中的振动进行了分析。接着利用奇异摄动法,将两杆柔性空间机械臂系统分解为一个关于载体姿态、杆件关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个描述柔性臂变形的快变子系统。以此为基础,提出了一个由慢变控制项和一个快变控制项组成的复合控制器,使得机械臂在操作过程中跟踪上载体姿态和关节期望轨迹的同时柔性臂的振动得到了有效的抑制。该控制方案的显著优点为不需要测量反馈载体的位置、移动速度、移动加速度。     

飞机纵向操纵系统静态特性的计算方法

作者在参考文献[1]和[2]中提出了考虑飞机——纵向操纵系统的耦合作用的运动方程及其解的分析方法。这些方程申的有些系数取决于操纵系统的静态传动特性。为此,本文给出了平面四联杆机构、空间四联杆机构和助力器系统传动特性的计算方法.     

利用输出误差时间序列模型识别结构时变模态参数

基于振动系统运动方程,建立了描述系统输入和输出关系的输出误差时间序列模型,论证了该模型中外源多项式系数的性质。利用基于UD分解的递归最小二乘参数估计方法估计OE模型的参数,从而得到结构的时变模态参数。数值仿真结果表明用此方法来识别时变模态参数是可行的。     

柔性臂空间机器人的一类运动学方程及轨迹规划

用柔性机械臂连杆末端的弹性变形以及变形角度来表示空间机器人柔性臂的弹性运动变量,克服了用无穷维振动模态变量来表示弹性变形给系统运动学建模带来的困难;基于广义雅可比矩阵的思想,建立了柔性臂空间机器人"双广义雅可比矩阵"形式的运动学模型,该运动学模型描述了柔性臂弹性变形对空间机器人的运动影响;以运动学方程为基础,设计了柔性臂空间机器人的惯性空间内连续轨迹规划算法。仿真表明,规划的机械臂关节运动规律可以补偿柔性连杆振动给机械臂末端位置带来的影响,使机械臂末端位置准确沿着期望的轨迹运动。     

直刃尖刀形状对超声辅助切削系统振动性能的影响

基于超声振动设计理论并结合超声振动变幅杆,设计了一种用于弱刚度材料超声辅助切割的直刃尖刀.建立了直刃尖刀和超声振动系统一体的有限元模型,系统分析了直刃尖刀刀体长度、厚度参数对超声振动系统谐振频率、振幅放大倍数和刀具纵向振幅的影响,探讨了刀具横向和侧向振幅沿刀具轴线方向的分布规律.针对特定的超声振动系统,确定了综合性能最优的刀具参数.研制了具有不同形状参数的去刃模拟刀具,并安装于同一超声振动系统进行测试,对仿真分析结论进行验证,理论分析与试验结果相一致.根据理论分析确定的最佳参数研制了直刃尖刀并测试了其振动性能.研究结论对超声辅助切削加工的直刃刀尖的研制提供了理论指导.     

柔性杆系统压电扭转致动器/传感器优化配置研究

 针对空间柔性杆系统的扭转振动问题,提出了一类由柔性杆、电阻应变片传感器、压电扭转致动器组成的柔性杆系统。为了研究此系统的扭转振动,运用拉格朗日方程和假设模态法建立了系统的动力学方程。针对柔性杆系统中压电扭转致动器、传感器的优化配置问题,提出一种基于最小输入能量、最大能量传递、Grammian矩阵最小奇异值最大化的复合优化策略,采用遗传算法对致动器/传感器的位置进行了搜索,找到了最优位置位于柔性杆的根部。进行了数值分析研究,结果表明,与其他位置相比,最优位置最有利于致动器实施控制,同时也最有利于传感器的观测。     

漂浮基柔性两杆空间机械臂的全局鲁棒Terminal滑模控制

讨论了载体位置、姿态均不受控并具有有界外部扰动的飘浮基柔性两杆空间机械臂振动不主动抑制的全局鲁棒Terminal滑模控制。首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到系统的动力学方程。根据Terminal滑模控制技术,给出了系统的Terminal滑模面,进而提出了系统的Terminal滑模运动控制算法。然后分析了该Terminal滑模控制器控制下系统中的两柔性杆的振动,并对两柔性杆的振动进行了数值仿真。该Terminal滑模控制律消除了惯常滑模控制的到达阶段,从而具有全局鲁棒性与稳定性;同时还保证了输出误差在任意指定有限时间内收敛到零。系统的数值仿真表明该Terminal滑模控制器能够使机械臂关节轨迹快速而稳定地追踪上期望运动轨迹,而系统中两柔性杆件始终存在比较大的柔性振动。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度,减少了系统的设计、制造、发射、维护费用,提高了系统的可靠性。     

涡轮机轴流叶轮盘行波振动研究

本文对涡轮机中轴流叶轮盘的激振源, 特别是行波振动诱发的轴向力、力的性质、对振动的影响等作了分析。指出行波振动会诱发轴向力, 此力对压气机和涡轮盘的前行波振动起阻尼作用, 而对后行波则是自激力。涡轮机中轮盘上经常受到沿圆周分布不均的不变力作用, 激起驻波振动, 振动诱发的轴向力又激起盘的自激振动, 如无足够阻尼则导致失稳, 造成轮盘破裂事故。      

基于结构声强法的机匣振动能量传递特性

为了分析在转子不平衡力激励作用下机匣上纵波、剪切波、扭转波以及弯曲波所携带的瞬态与稳态振动能量的分布规律和传递特性，将结构声强法拓展成矩阵的形式应用到航空发动机领域。建立了转子不平衡力作用下的双转子-支承-机匣耦合模型，通过由有限元工具和自编译程序组建的计算系统，求解并可视化了在高低压转子不平衡力激励作用下机匣瞬态与稳态的总结构声强场以及不同类型振动波的结构声强场。此外，通过运动方程推导并分析了结构声强与结构振动特性之间的内在物理关系。结果表明，机匣上纵波振动能量穿过法兰边后沿其周向传递，而剪切波和扭转波所携带的振动能量则可以穿过法兰边沿机匣轴向传递；支板上的振动能量首先以弯曲波的形式传递到机匣上，振动能量在机匣上沿主要路径传递过程中会发生不同类型振动波相互转换的现象；结构声强通过结构的动能变化率、应变能变化率以及阻尼耗散等能量参数与结构振动特性产生内在物理联系，对结构振动的控制本质上就是对振动能量流的控制。研究结论可为航空发动机机匣以及整机减振提供一定理论指导。     

Wave propagation analysis for a second strain gradient rod theory

In this work, an enriched model describing the longitudinal wave propagation is established based on Mindlin’s Second Strain Gradient (SSG) theory, which can describe the heterogeneity caused by the micro-structure interactions in the frame of continuum mechanics. The governing equation and associated boundary conditions are derived based on Hamilton's principle, then the dispersion relation of non-classical longitudinal wave together with the extra-waves appearing exclusively in SSG theory model are investigated. The investigations are based on the modal density, energy flow, and forced response of the rod. Wave transmission and reflection through planar interfaces based on the proposed model have been calculated. Finally, the results of the enriched model are well interpreted by comparing with the classical theory results, and some useful conclusions are derived on the SSG theory based model in the wave propagation characterization.     

单激励超声椭圆振动车削薄壁筒实验研究

通过对普通夹心式超声椭圆振动换能器结构的研究,设计了一种能够在单一纵向激励的情况下产生椭圆振动的换能器结构,利用有限元分析工具对换能器的结构进行分析,并且利用光纤测振仪对单一纵向激励换能器进行了测量,验证了可以通过单向激励产生椭圆振动。利用这种结构研制了一套单激励超声椭圆振动车削系统,采用PCD刀具对LY12实心件和薄壁筒工件进行了精密切削实验,实验结果表明椭圆振动切削可以大幅度降低切削力,明显改善薄壁工件的形状精度,同时工件还具有较好的表面粗糙度。     

纵-扭复合超声钻削TC4钛合金振动系统设计与试验

螺旋沟槽变幅杆能够实现超声振动模式的转换，对单激励纵-扭复合振动的实现具有结构简单和操作可行的优点。基于弹性波场论对超声波在复合变幅杆中发生模式转换的原因及振动特性进行分析，并从超声波的入射角入手，分析入射角对振动模态的影响。在圆锥复合变幅杆的圆锥段开设螺旋沟槽，建立三维模型，并进行有限元仿真和试验验证，结果表明超声波入射角的改变对纵-扭复合变幅杆的扭-纵比影响显著。当入射角为46.5°和67.2°时，在变幅杆的输出端纵振模态和扭振模态发生明显的变化，实测的扭-纵比前者较后者提高约5.1倍。通过普通钻削与超声钻削实验对比，在不同的入射角条件下，超声钻削的平均钻削力均低于普通钻削力。与入射角为67.2°时对比，当入射角为46.5°时，平均钻削力降低约46%，并提高了制孔的质量，从而为模态转换的纵-扭复合变幅杆设计提供一定的理论依据。     

大型卫星太阳能帆板的分布式振动控制

针对大型卫星太阳能帆板（LSSP）振动主动控制器设计复杂、在轨扩展不易且容错性能有限等问题,提出一种适用于模块化结构的分布式振动控制方法。首先,根据LSSP的结构特点划分控制子模块,建立面向分布式控制的子模块动力学模型,并结合卡尔曼滤波算法设计各子模块线性二次最优振动控制器;然后,考虑各子模块之间的测量信息交互,提出应用于LSSP整体结构的分布式振动控制系统并分析闭环系统稳定性。最后,给出数值仿真算例以验证所提控制方法的有效性。结果表明,采用可扩展的分布式控制器,LSSP的振动能够得到有效抑制,且控制系统的容错性能良好。     

考虑连杆柔性和运动副粘性摩擦的曲柄滑块机构的动力学建模及计算

建立了考虑连杆柔性和运动副粘性摩擦的曲柄滑块机构的动力学数学模型,并对一个算例进行了数值仿真,结果表明,连杆的柔性和运动副的粘性摩擦对机构的运动都具有一定的影响。     

单圆盘转子非线性振动模型及机理

根据转子非线性振动的力学性质及大变形假设,结合工程实际构建了转子非线性振动具有Duffing方程形式的力学模型,推导了非线性系统的等效频率和频响方程,研究了刚度元件、阻尼元件与非线性元件对系统振动的影响.通过单圆盘转子非线性振动实验,验证了非线性振动模型结构与Duffing方程求解及频响方程的合理性与有效性,揭示了共振、突变、滞后等非线性现象的机理,为转子振动特性分析提供了一种新的研究方法.      

轴流叶片非接触式模态特性测试系统的开发与研究

基于涡轮螺旋桨发动机安装节拉杆系统，对各拉杆的受力状态进行分析，推导拉杆系统力学方程，并得到拉杆之间的力 学关系，结果显示各拉杆所受拉力比值为常数，该常数仅取决于拉杆的尺寸、安装角度、材料参数等。基于ANSYS Workbench 建立拉 杆系统有限元模型，对该系统进行静力学分析得到拉杆应变随拉力的变化关系,并得到不同拉杆拉力之间的关系，数值仿真结果与 理论分析结论相互印证。为基于安装节拉杆的涡桨发动机飞行拉力测量奠定技术基础。