多体系统结构动力学建模

在多体系统结构动力学建模方法研究中引入了柔性多体系统动力学空间算子代数和子结构综合分析方法,将多体系统划分为由铰链连接的部件或单一零件组成的子件,用有限元分析和模态分析方法求解各子件的模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵。再通过动力学空间算子代数,将各子件模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵递推到基础坐标下,构成整个系统的模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵,以此建立整个多体系统结构动力学模型。同时,由于动力学空间算子代数运用了K a lm an滤波和B ryson-F raz ier平滑波技巧,在一定程度上消除了白噪声,在结构动力学运算过程中也避免了大量的重复计算,提高了数值精度。此建模方法是一种高效、高精度建模方法,它为多体系统结构动力学研究提供了一种新的建模方法。     

导弹发射系统建模与动力学分析

将导弹发射系统从导弹车、发射架、导弹刚柔耦合多体系统的角度,进行刚柔多体系统动力学仿真分析。应用多体系统传递矩阵法,建立了导弹发射刚柔耦合多体系统动力学模型,实现了对复杂多体系统振动特性的计算,构造了导弹发射系统增广特征矢量并给出正交性条件,实现了对该系统动力学响应的数值分析。该方法无需建立系统总体动力学方程,建模灵活、计算速度快,利于求解分析复杂多体系统结构,为导弹发射系统的改进设计提供了重要的理论依据。     

多刚体系统动力学的正则方程与辛算法

针对多刚体系统动力学数值计算精度的关键问题，首先采用Ｋａｎｅ方程导出了二阶形式的动力学方程，并研究了其中系数矩阵的恒等关系，进而建立了多刚体系统动力学的哈密顿体系并获得正则方程。在此基础上，分析了多刚体系统动力学数值积分的能量耗散现象，揭示其根源在于，数值算法用前一时刻值代替当前值。理论分析和计算结果表明，采用多刚体系统动力学的正则方程与辛算法的结合，可使多体系统动力学的数值计算性态得以改善，能有效消除“能量耗散”现象，从而使动力学计算的误差累积与违约得以控制，保证了计算精度。     

"金属风暴"武器发射动力学建模与仿真

射击精度、发射安全性和动态设计手段缺乏是制约"金属风暴"武器发展的难题.基于多体系统传递矩阵法,从弹、炮、药武器系统的角度,建立了"金属风暴"武器多刚柔体系统发射动力学模型和发射动力学方程,解决了"金属风暴"武器固有振动特性计算和动力响应分析难题.编制了"金属风暴"武器发射动力学仿真程序,仿真得到了振动特性、内弹道、膛内运动、动力响应、射击密集度等,建立了武器动态性能与系统总体参数间的定量关系.研究结果为解决制约"金属风暴"武器发展的难题,为"金属风暴"武器动态设计、改进和性能提高提供了理论依据与技术手段.     

多体机械系统的建模、控制与容错

多体机械系统是近年来控制领域研究的难点。本文首先介绍了多体机械系统的结构和基本特性。其次,总结了近年来多体机械系统动力学常用的建模方法,分析了各种建模方案的优缺点。进一步介绍了近年来针对多体机械系统所采用的不同控制方法。最后,列举了容错控制在多体机械系统中的应用,并对多体机械系统控制未来的发展趋势进行了展望。     

关节铰柔性多体系统动力学研究

针对关节铰柔性多体系统建立了Ｒ／Ｗ体系的动力学方程，并进一步推广到非树及约束型多体系统，本文采用适合描述弹性变形和进行弹性体离散的刚性连体浮动坐标系，用相对描述方法来分解部件的运动，用部件模态方法对弹性体进行离散，从达朗伯原理出发建立了Ｒ／Ｗ体系的系统动力学方程。方程对于运动的分解，部件的弹性离散以及对系统的结构描述都比较直观和简单，系统的广义坐标数目也小。方程推广到非树系统和约束系统后，采用奇异     

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。     

超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

空泡延迟效应在机动航行诱发的尾拍振荡中影响显著，是超空泡航行体的重要力学特性，在动力学建模中必须加以考虑。采用人工通气超空泡的试验方法，在西北工业大学高速水洞实验室开展了超空泡航行体连续变攻角测力试验研究，测量攻角与流体动力随时间变化历程来定量分析延迟时间特性。通过试验研究，获得了不同试验条件下变化的延迟时间；无量纲化的延迟系数与水速近似成线性关系，且随预置舵角的增大而增大；在试验采用的摆动频率中，摆动频率较大的工况，延迟系数较小。     

动脉内皮血流动力学微环境建模分析和体外模拟方法与技术研究进展

动脉内皮微环境中的血压、壁面剪应力和牵张应力等血流动力学参量在维持内皮的正常生理功能中扮演着至关重要的角色。在体（in vivo）动脉内皮血流动力学微环境的建模分析与体外（in vitro）模拟研究不仅为心脑血管疾病早期诊断与预防、治疗与康复提供重要的生理指标，而且是深入理解心脑血管疾病发生发展机制不可或缺的基础，具有重要的科学意义和临床应用价值。本文综述了在体动脉内皮微环境的血流动力学建模分析、体外评估动脉内皮微环境血流动力学特性的模拟循环系统（Mock Circulatory System，MCS）以及用于细胞力学生物学研究的体外内皮细胞培养模型（Endothelial Cell Culture Model，ECCM）三方面的研究进展。通过对该领域的主要文献进行归纳和系统分析，指出了亟待解决的方法与技术问题，为进一步开展相关研究提供参考。     

变体辅助的无人机栖落机动模糊控制设计

无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）的栖落机动是一种大幅度的俯仰运动，易引起升降舵操纵力矩饱和。本文以变体方式增强无人机的俯仰操纵能力，并研究其对应的控制设计方法。首先对栖落机动建立了纵向动力学模型，并通过采用轨迹线性化和张量积变换方法转换得到T-S模糊模型。基于Lyapunov稳定理论和平方和方法，设计了满足控制输入约束的栖落机动多项式模糊控制器。对非变体与变体下的栖落机动控制过程进行了仿真，结果验证了控制律的有效性，并且表明变体辅助的无人机具有更强的操纵性能，能提高栖落机动中升降舵的抗饱和能力。     

导弹模型水下发射动响应测试研究

本文考虑导弹水下发射的力学环境条件，给出了导弹模型水下点火动响应测试试验原理与实现方法。并基于某导弹比模型进行了实际测试，取得了导弹模型水下发射时发动机推力以及相应的结构壳体应变量等参数。结果对一类潜射导弹结构强度总体设计有指导意义。     

旋转导弹风洞动态测力试验技术研究

常规风洞静态气动力测量技术无法得到旋转导弹的非定常气动特性数据，需要研究在风洞中模拟旋转导弹运动特征以及对气动力实现动态测量的试验技术。在1.2 m量级超声速风洞中，研究了大长细比导弹模型旋转运动主动控制技术以及与旋转运动对应的动态测量试验技术。采用旋转导弹模型（长细比为20）对建立的试验技术进行了风洞试验验证。结果表明:采用微型驱动系统并对旋转组件与导弹模型进行一体化设计，可以对大长细比导弹模型转速进行稳定控制；建立的风洞动态测力试验技术可以对导弹模型旋转运动下的动态数据进行测量，试验数据重复性精度良好。     

导弹复合随动系统运动特性校准技术

针对某型导弹随动系统在实际发射过程中的运动姿态准确性，本文设计了一种高速相机动态测量系统。该系统采用多台高速相机为图像采集传感器，运用图像处理技术在导弹复合随动系统上实现其运动姿态的动态采集，利用软件编程完成运动特性动态数据的自动采集与处理，最后实现导弹随动系统运动特性动态校准。研究结果表明，该技术具有环境适应性强、测量效率高等优点，而且系统精度精确稳定。     

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。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。     

导弹发射车模型组合结构动力学试验与分析

本文通过对导弹发射车组合结构的动特性分析，试图探索一套针对大型复杂结构的组合结构动力学试验与分析技术。即以部件有限元动态分析和部件试验模态为基础进行部件试验／分析联合建模，在得到相对精确的部件数学模型后，以实用完备模态空间技术进行自由界面组合结构动特性分析。本文以导弹发射车组合结构为应用实例，验证了所提方法的正确性和有效性。     

直升机模式下倾转旋翼机多体气弹动力稳定性分析

通过多体动力学方法建立了倾转旋翼机动力学分析模型。结合动力入流，研究了直升机模式下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性。集成了非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程，建立了倾转旋翼机时域非定常气弹耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例，在直升机模式下分析了桨叶摆振刚度及飞行速度对倾转旋翼机气弹稳定性的影响。数值计算表明：建立的多体动力学模型能够快速分析直升机模式下倾转旋翼机复杂的旋翼／机翼气弹耦合动力学特性。     

带有连接结构的导弹动特性试验研究方法

导弹的头体连接对导弹的整体结构动力学特性会产生很大的影响,这种结构会呈现较强的非线性特征,其动特性参数会随着外界载荷和振动量级的变化而变化,而该参数又是飞行稳定控制系统设计的重要依据。因此,为了考察和评定带有间隙结构的导弹动特性参数随载荷和振动量级变化的情况,本文阐述了一种不同于以往导弹全弹结构动特性试验的新的试验思路-加载试验方法和变量级试验方法,针对一个具体的导弹型号,给出了典型载荷的加载实现方式,最后还给出了试验结果并对结果进行了原理性的解释。通过本文的研究表明,本文提出的试验方法在今后的导弹型号研制当中是十分必要和可行的。该方法也可推广到其他类似的民用结构的应用当中。