一种新的基于柔性悬臂梁的柔性机构设计方法

微定位器是精密加工、纳米技术的重要组成部分,柔性机构则是微定位器的核心部件。本文利用有限元分析软件ANSYS对传统的基于柔性铰链的柔性机构和一种新的基于柔性悬臂梁的柔性机构进行了对比分析。分析结果表明,在相同的外形尺寸和作用力下,新柔性机构的输出位移增加了一倍,最大应力减少了23%。最后给出了一种新的基于柔性悬臂梁的柔性机构的设计方法,该方法可以减少设计参数并大大减少计算量。     

全柔性微型机构的拓扑优化设计技术研究

提出一种全柔性机构拓扑优化设计的新方法。用折衷规划法建立了柔性机构的多目标优化设计模型,在优化目标中引入运动学函数和结构函数分别表示柔性机构设计对机构柔性和结构刚度的要求,并采用伴随敏度分析法进行优化设计的敏度分析。将传统凸规划方法中的移动渐近线方法(MMA)推广到连续体的结构拓扑优化设计中,并形成一种新的具有全局收敛特点的移动渐近线方法(GCMMA)。对柔性机构拓扑优化设计中出现的数值计算困难问题进行了分析和研究,并提出一种改进的SIMP密度-刚度插值模型,该模型能有效消除机构中出现的棋盘格式和网格依赖性,并能明显减弱单点铰链连接问题。通过典型算例证明了本文方法的有效性,并对算例结果进行了快速原型制造。     

柔性绳索体展开过程数值模拟及实验

基于离散质点系统假设,将柔性网体的网目结点近似为集中质量球单元,结点间的网线近似为杆单元,引入Kawabata拉伸张力应变模型,考虑气动力影响,建立柔性网体的动力学方程,运用四阶Runge-Kutta法进行数值计算,根据能量损耗量对速度修正,基于OpenGL后处理显示,实现了对柔性网体运动过程的仿真,并与警用网枪发射实验加以对比,仿真结果与实验一致。对比了空气动力系数的不同确定形式对网体展开的影响,空气动力系数由雷诺数函数确定时,仿真结果更接近实际情况。     

空间站柔性展开机构仿真方法研究

空间站展开机构是典型的大型多柔体系统，其展开收拢过程涉及非线性大变形以及接触碰撞问题。首先采用绝对节点坐标法作为柔性体的建模方法，建立了梁单元的有限元单元格式，然后基于拉格朗日方法和Hertz接触理论建立了考虑接触碰撞问题的柔性多体系统动力学方程，采用向后差分方法数值求解柔性多体系统的微分代数方程，最后以自由梁、简支梁和柔性单摆进行数学仿真验证。结果表明，该方法可用作我国空间站大型柔性太阳电池翼的设计分析参考。     

民用飞机舱门飞行锁机构接触力计算分析

研究飞机飞行锁机构中的接触力对于民用飞机飞行锁机构的设计具有重要意义。首先介绍飞行锁机构的功能和主要设计依据,阐明某民用飞机飞行锁机构的工作原理,并对其传力路径进行分析;然后采用工程算法、多刚体模型和多柔体模型三种计算方法计算飞行锁工作时曲柄与飞行锁摇臂之间的接触力;最后对三种计算方法进行对比,分析不同方法计算得到的接触力力值产生差异的原因。结果表明:多刚体模型计算值与工程算法计算值产生差异的主要原因是机构空行程导致的力臂变化,多柔体模型计算值与多刚体模型计算值产生差异的原因主要是受力过程中的结构变形。     

一种伞式可折叠柔性变胞机构的设计分析研究

 柔性变胞机构是一种依靠柔性构件变形实现构态变化的机构，利用柔性机构的某些特性可以综合提高变胞机构的性能和效率。提出一种伞式可折叠柔性变胞机构，该机构综合了变胞机构和柔性机构两大特点。利用伪刚体模型理论对该机构进行拓扑学，运动学及稳态分析。最后，对该机构进行运动学仿真，结果表明伪刚体模型法适合于柔性变胞机构的分析与设计。     

运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学分析法

针对导弹轨式发射采用柔性接触进行动力学建模后计算稳定性差、结构复杂时计算规模大的问题,提出了一种用能随柔性导轨变形的柔性点线约束来替代导弹定向钮与导轨之间接触关系的建模方法;基于有限元模型、单段导轨多体动力学模型和多段拼接导轨多体动力学模型的模态和静态对比分析,验证并消除了应力刚化效应的影响;在考虑导轨应力刚化效应的前提下构建了运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学模型。仿真结果表明,该方法不仅可以有效解决柔性体接触算法计算量大、计算稳定性差等问题,而且也具有较好的仿真精度。该方法可为复杂导弹发射系统发射过程的多柔体动力学建模提供可行的简化途径。     

支柱柔性对起落架缓冲器摩擦力的影响

旨在通过缓冲支柱柔性对起落架缓冲器摩擦力的影响研究,为起落架缓冲器摩擦力建模方法和柔性起落架防卡滞设计提供技术指导。伴随着超高强度钢的逐步应用,刚度问题成为起落架设计中日益突出的矛盾问题,传统的缓冲支柱刚性假设可能并不适用于一些新类型起落架的分析。本文结合某无人机飞行试验中出现的主起落架缓冲器卡滞问题,首次建立了考虑支柱柔性影响的起落架缓冲器摩擦力模型,计算了最严重工况下的摩擦力值,并与缓冲支柱刚性假设计算得到的摩擦力值进行了对比分析。分析表明在考虑支柱柔性和理想平面滑动轴承约束的情况下,摩擦力大小为原来的6倍,缓冲器发生卡滞。分析了平面滑动轴承的实际约束情况,提出了轴承支承变形协调系数的概念,并分析了其与摩擦力和卡滞的关系,进而研究了支柱外筒和活塞杆刚度对于缓冲器摩擦力的影响。研究表明在变形协调系数不小于0.53时,缓冲器发生卡滞;适当改变活塞杆和外筒的刚度使其相匹配可以降低缓冲器的摩擦力。     

基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析

设计了一种基于三角原理的精密柔性定位机构,机构由压电叠堆作为驱动元件,经由柔顺机构输出缩小的位移.进行了理论计算和有限元分析并在样机上进行了静态特性的实验,结果表明该柔顺机构可以实现预期的运动.     

双复合平行四杆机构的研究

对柔性铰链机构中导向部分所用的平行四杆机构、复合平行四杆机构、双复合平行四杆机构在静刚度、非线性度等方面进行了对比,着重对双复合平行四杆机构进行相关的参数分析和有限元计算。设计相关实验,验证了双复合平行四杆机构有很好的传动特性。     

挠性航天器大角度机动的滑模变结构控制

考虑刚性主体上带有挠性梁的航天器，在建立挠性系统动力学模型的基础上，采用指数趋近率的滑模变结构控制策略进行大角度机动控制，并通过最优控制理论设计弹性稳态器抑制由于刚体运动而激发的弹性振动，数字仿真表明，提出的控制策略在实现旋转机动的同时，有效地抑制了弹性振动。     

大展弦比飞机运动稳定性建模及分析

随着飞机设计技术的提高和新型材料的应用，现代飞机气动弹性效应越来越显著，刚体运动和弹性体振动互相解耦的关系不再明显，在分析弹性飞机相关问题时，应该综合地、统一地考虑飞行动力学与气动弹性力学问题。本文在一般体轴系下综合考虑了飞机刚体运动自由度和弹性振动自由度，建立弹性飞机刚弹耦合运动的方程，通过在配平状态下引入小扰动运动假设，以及利用有理函数拟合技术将偶极子格网法计算所得到的频域非定常气动力转化为时域形式，建立了大柔性飞机刚弹耦合小扰动状态空间方程，并对纵向运动稳定性进行分析计算。针对文中构型飞机，运用本文所采用的方法计算所得结果与传统的线性及刚体计算所得结果进行对比分析，非线性计算方法所得颤振速度更小，而且失稳模态亦发生变化，对于飞行力学模态而言，长周期模态稳定性变差，在计算速度范围内出现失稳的现象，由此说明机翼大变形对飞机稳定性所带来的影响。     

Vibration Reduction of Open-chain Flexible Manipulators by Optimizing Independent Motions of Branch Links

In order to suppress vibration in flexible manipulators, a new type of manipulator mechanism with controllable local degrees of freedom is proposed. This mechanism consists of a main chain and some branch links. The main chain is of a flexible open-chain configuration with an end-effector installed at its tip, and the rigid branch links are able to perform active movements. It is proved by kinematics and dynamic analysis that, the branch links bear no direct kinematic relation to the main chain, but their independent motions can strongly affect the dynamic behavior and performance of the flexible manipulator. Then comes a new idea of suppressing vibration, in which independent motions of the branch links are used to suppress the undesired vibration of the flexible main chain through dynamic coupling. On this basis, an optimal method for reducing vibration of flexible manipulators is proposed. Finally, the effectiveness of this method is verified by numerical simulations.     

后摆心潜入式喷管柔性接头力学特性数值仿真

针对后摆心潜入式喷管柔性接头在燃气压力与摆动联合载荷下,弹性件与增强件的力学特性计算问题,建立了对称刚体-柔性体结合的几何模型;采用了有限元方法,获取了柔性接头在燃气压力、摆动载荷及联合载荷下应力、弹性比力矩分布规律。研究表明:随着燃气压力增大,弹性比力矩降低;随摆角增大,弹性比力矩增大。文中的数值仿真方法,可以应用于柔性接头力学特性的计算,为柔性接头强度的安全性评估提供指导。     

用多重网格法生成随时间变化的贴体网格

 一、基本理论 为了能够准确地计算绕弹性体,特别是跨音速范围的非定常气动力,有必要建立一种快速生成的随时间变化的贴体计算网格,即通过变换ζ=ζ(x,y,t),η=η(x,y,t),ζ=ζ(x,y,t),τ=t (1)将边界形状随时间变化的物理流场(x,y,z)变换到便于计算的矩形计算空间(ζ,η,ζ)内。这样,与计算空间内计算节点相对应的流场节点的位置是随时间改变的。因此在进行流场计算时,不仅要确定流场内每一时刻计算节点的位置,同时还应确定其随时间的变化速率(x_?,y_?,z_?)。在此主要以二维问题进行讨论。     

宏观机敏机构的振动主动控制

研究了具有压电作动器与应变传感器的柔性连杆机构的振动主动控制问题。应用复模态理论对宏观机敏机构的动力学方程进行解耦,建立了包含系统噪声与观测噪声的受控系统状态空间表达式,并分别设计了离散LQG状态反馈控制器与离散Kalma。滤波器。宏观机敏机构的在线振动控制实验表明,柔性连杆的应变峰值降低了80％,机构的动力学性能得到了显著改善。     

大型客机柔性后缘增升装置气动机构一体化优化设计

增升装置的设计对于大型客机来说是十分重要的,柔性可变弯的增升装置是未来大型客机的发展趋势,也是当前的研究热点。以某大型宽体客机内段翼型为研究对象,在襟翼内部的柔性变弯机构的带动下,可以使襟翼的后50%部分实现柔性变弯。在原始刚性襟翼的基础上,柔性变弯后的襟翼可使襟翼后缘增加8°的偏角。之后在三维后缘铰链襟翼机构的带动下,同时襟翼内部使用柔性变弯机构,采用"前缘下垂+后缘襟翼柔性变弯+后缘简单铰链襟翼联合扰流板下偏",进行起飞和着陆构型的二维气动/机构一体化优化设计,优化出来的结果与原始不柔性变弯的翼型相比,起飞构型的最大升力系数的增加量为0.119,着陆构型的最大升力系数的增加量为0.162,且着陆最优构型推迟1°迎角失速。     

飞机起落架滑行载荷识别

 在飞机滑行方向跑道路面不平度为平稳随机函数的假设下,采用滑行过程分段等速化、起落架动态特性分段线性化方法,把原非线性非平稳随机振动问题,简化为分段线性平稳随机振动问题。在频域中采用频响函数描述飞机动态特性,计及全机刚体平动和俯仰模态及结构前ｎ阶弹性模态,给出了从飞机重心处加速度观测值识别起落架接地点载荷自谱密度函数的方法。起落架当量线性参数采用迭代求解。算例表明,本方法和程序可行。     

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。     

Design and implementation of rigid-flexible coupling for a half-flexible single jack nozzle

The aerodynamic design of a rigid-flexible coupling profile is the decisive factor for the flow-field quality of a supersonic free jet wind tunnel nozzle, and its mechanic dynamic features are the key for engineering implementation of continuous Mach number regulations. To fulfill the requirements of a free jet inlet/engine compatibility test within a wide simulation envelop, both uni-form flow-fields of continuous acceleration and deceleration are necessary. In this paper, the aero-dynamic design methods of an expansion wall and machinery implementation plan for the half-flexible single jack nozzle were researched. The profile control in nozzle flexible plate design was studied with a rigid-flexible coupling method. Design and calculations were performed with the help of numerical simulation. The technique of axial free stretching of the flexible plate was used to improve the matching performance between the designed elasticity profile and the theoretical one, and the rigid-flexible coupling structure was calibrated by wind tunnel tests. Results indicate that the flexible plate aerodynamic design method used here is effective and feasible. Via rigid-flexible coupling design, the flexible plate agrees with the rigid body very well, and continuous Mach number changes can be achieved during the tests. The nozzle’s exit flow-field uniformity meets the requirements of China Military Standard (GJB).