燃气轮机周向拉杆转子连接刚度对转子振动特性影响的研究

为研究燃气轮机周向分布式拉杆转子轮盘间存在的连接刚度对轴系转子振动特性产生的影响，本文提出一种基于六自由度的弹簧单元等效方法；首先将轮盘接触刚度与拉杆弯曲刚度同时等效进连接界面，便于使用一维梁单元求解其临界转速与振动响应变化，验证其与全三维有限元法吻合度在3％以内；然后改写了非线性动力学方程，采用谐波平衡法对其进行求解，使用经典Newmark方法验证其准确性；最后使用该等效方法计算了某模拟转子连接刚度对其临界转速、响应特性、非线性特性等的影响。计算结果表明：当连接面剪切刚度与弯曲刚度减小3个数量级，均造成了临界转速的降低和振动响应的提高，而其影响程度可由各阶振型大致推测，且响应幅值受剪切刚度影响较大；使用临界转速趋于收敛时的连接刚度与试验值的对比误差小于2％，较连续模型提升显著；在连接刚度各向异性时，每一阶临界转速均出现两个响应峰值，轴心轨迹变成椭圆；考虑刚度随位移变化（非线性刚度）后，转子的响应峰值发生“歪扭”特性，且该峰值特征随不平衡量、无量纲阻尼等因素变化而呈现“波浪形”变化。     

直线电机位置伺服系统的增强复合非线性控制

针对高性能机电系统中常用的直线伺服电机,设计了一个能实现快速与准确的定点运动的位置控制器。控制器采用线性控制律与平滑非线性控制律相结合的方案,并利用一个降阶线性状态观测器对电机运动速度(未量测)加以估计。为了消除未知扰动带来的稳态误差,控制律中嵌入了积分控制作用。整个控制律采用全参数化设计,可实现动态增益控制,方便了在线参数整定与性能优化。控制方案应用于一个实际的永磁直线电机位置伺服系统,基于TMS320F28335 DSC进行了试验测试,结果表明系统能对各目标位置进行准确的跟踪,且具有理想的瞬态性能。     

变势能阱双稳态气动弹性能量收集的性能增强研究

提出一种新型的磁耦合变势能阱双稳态压电颤振能量收集器，设计了外部磁场作用下颤振能量收集系统的双稳态构型，并利用弹性支撑的外部磁铁的运动实现了变势能阱技术，解释了变势能阱双稳态对颤振能量收集系统的性能增强机理。建立了磁力-压电-气动弹性耦合的颤振能量收集系统的动力学分析模型，根据非线性磁偶极模型以及平衡点稳定性理论，讨论了系统出现双稳态构型的参数条件。对磁耦合双稳态颤振能量收集系统的动态特性进行了数值仿真研究，结果显示，双稳态构型能够使无磁力颤振能量收集系统的超临界颤振行为转变为亚临界颤振，发生极限环振动的风速能够降低50%以上，拓宽了能量收集器的有效工作风速范围，并分析了磁铁间距、磁偶极矩对能量收集性能的影响规律。采用弹性支撑的外部磁铁的运动来自适应调节内外部磁铁之间的距离，达到变势能阱的目的，有效地降低了双稳态的势能阱深度，使系统更容易发生双稳态势能阱间的跃迁运动，从而在双稳态的设计基础上，实现了能量收集工作风速范围和输出电功率的同步提升，为低风速下的能量收集提供了一种有效的设计途径。     

Review and propositions for the sliding/impact wear behavior in a contact interface

A thermal-solid-liquid complex operational environment induces structural interface developing a typical coupling sliding/impact wear behavior. It results in contact damage until systems fail, which may cause significant economic losses and catastrophic consequences. The key point of solving this problem is to reveal the coupling damage mechanism of the sliding/impact behavior in typical systems and life characterization under a complicate evolving environment. This has been a hot topic in the area of mechanical reliability. The main work in this paper can be concluded as follows. Firstly, the main industries in which the “sliding/impact behavior” takes place have been introduced. Then, existing studies on the wear mechanism and degree analysis are presented, which includes surface morphology analysis, wear debris analysis, and wear degree measurement. Meanwhile, existing problems in theoretical modeling and experiments in current research are summarized, so as to point out a bright direction for future research on wear prediction. They include interface contact modeling, mathematic coupling mechanism modeling, wear equation establishment, and wear life characterization, which can provide some new ideas for improving the existing studies on the sliding/impact wear behavior.     

金属材料微裂纹取向与超声波和频非线性效应

针对非线性超声无损检测金属材料微裂纹取向角度的问题，开展了微裂纹取向与超声波的和频非线性效应研究，建立了超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度的关系模型。理论和有限元仿真实验结果表明，随着微裂纹取向角度的逐渐增大，超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度之间呈现明显的正相关趋势，而且相比二次非线性特征系数，和频非线性特征系数对微裂纹取向检测更为敏感。同时，从超声波平均能流密度（即声强）的角度出发，计算可知和频分量声强会随着微裂纹取向角度的增大而增大，而二次谐波声强基本不会发生变化，同时和频分量声强占比相比于二次谐波声强占比也得到了明显提高。超声波声强计算结果与仿真计算结果趋势基本一致，证明了理论模型的正确性。通过实验验证了模型的有效性，为金属材料微裂纹取向的检测提供了一种有效的手段。      

考虑几何非线性的气动弹性模型缩比方法

随着飞机性能和需求的提高，大展弦比高柔性机翼逐渐成为新型飞机的主要结构形式。这类机翼具有高升阻比、大变形和重量轻等特性，几何非线性效应明显。然而机翼的大展弦比高柔性会带来更大的机翼变形，而机翼大变形则会引起相关的非线性气动弹性行为。为了评估这些非线性气动弹性行为并同时降低设计风险和成本，一般要使用缩比模型进行风洞试验以研究和确认真实飞机的气动弹性特性。基于此，首先使用了传统线性缩比方法来进行缩比，通过刚度质量耦合匹配模态响应法与刚度质量解耦匹配模态响应法这2种线性缩比方法，不断优化缩比结构的设计参数来满足目标缩比值。同时，提出一种动力学有限元模型的非线性静响应-模态协同优化方法，该方法是基于等效静态载荷法的几何非线性气动弹性模型缩比方法，通过2个不同的优化子程序分别匹配全尺寸飞机的非线性静响应和模态振型。结果表明，相比于传统线性缩比模型，考虑几何非线性的缩比模型能够更好地再现全尺寸飞机的非线性气动弹性行为。      

弱引力下小行星动量驱动机器人的可控跳跃行为

以小行星表面着陆探测为背景,提出一种动量驱动机器人(MoRo)以满足弱引力复杂环境下的探测需求。该机器人利用弱引力环境下的摩擦和碰撞特性,通过主动辨识环境参数,规划和控制动量轮以产生期望的驱动力矩,完成可控性跳跃及腾空后的稳定拍照等任务。首先,基于MoRo的动量轮刹车机构特性,分析了MoRo在弱引力环境下的跳跃机理并对其跳跃方式进行了规划;接着考虑动量轮驱动机构三闭环伺服系统的非线性特性,基于Herze碰撞模型和Karnopp摩擦模型建立了MoRo在小行星表面的跳跃行为动力学模型;其次,使用机器学习算法建立环境参数和MoRo运动的函数关系,并基于环境参数规划动量轮转速实现跳跃距离和腾空高度的可控。最后,通过数值仿真校验了MoRo跳跃规划方法和控制方法的可行性。     

基于故障行为的惯导产品贮存寿命试验设计

以典型惯导产品加速度计贮存寿命评估为例，提出了一种基于故障行为模型的加速退化试验设计方法，解决了缺乏预试验数据情况下试验应力水平设计的问题。在通过对产品特性和主机理分析基础上，确定表征产品贮存寿命特征参数及试验应力，构建了考虑材料等分散性的加速度计故障行为模型，用以描述参数加速时变规律的特性。在试验应力最高水平确定的情况下，基于给定置信度和故障行为模型，以高应力水平下退化量的置信下限与低应力水平下退化量的置信上限不交叉为原则，采用基于仿真的加速退化试验设计方法，优化确定低应力和中间应力水平，从而设计给出试验剖面，并给出了加速退化试验方案优选流程，最终从备选方案集中确定加速度计试验最优方案。通过实际案例分析，验证了该方法的有效性。     

基于效用价值驱动的旅客出行动力学研究与建模

为了探究交通体系中旅客出行行为的特征与机理，以某机场离港旅客的陆侧出行数据为研究对象，对旅客出行模式进行了统计。分析发现，旅客聚集行为具有强烈的阵发性，不同出行维度旅客群体的聚集时间间隔分布具有幂律特征，且幂指数和阵发性强度呈正相关关系。同时，研究认为旅客出行换乘决策是综合时间、费用、便捷舒适度、突发情况等多因素的期望实现，是一种基于效用价值驱动的人类行为。基于此构建了效用价值驱动模式下的旅客出行行为动力学模型，可输出幂指数为参数可调的幂律分布，且仿真输出和实证数据分析结果相吻合。     

宽高比及表面粗糙度对矩形微尺度通道流动特性的影响

实验研究了不同宽高比矩形金属微尺度通道的流动特性,并与硅通道对比来探究表面粗糙度的影响。金属微尺度通道宽为0.4mm,通道宽高比分别为0.50、0.67、和1.00,相对表面粗糙度范围为0.1609%~0.2145%。硅通道宽度及高度都为0.4mm,相对表面粗糙度为0.00325%。实验工质为空气,实验的雷诺数范围是250~3000。实验结果表明:在粗糙微尺度通道会发生转捩提前,并且转捩雷诺数随着宽高比增大而减小。在层流区,微尺度矩形通道摩擦因数随着雷诺数增大而减小,在转捩区出现明显增大后再减小。表面粗糙度很小时,未发现转捩提前现象。