旋转圆形纳米板的面外振动

通过结合非局部尺度和应变梯度效应的Mindlin板理论对轴对称旋转纳米圆板进行建模.考虑纳米圆板的剪切变形,应用非局部应变梯度理论推导出描述纳米板面外自由振动行为的控制微分运动方程.应用微分求积法对控制方程进行数值求解,从而得到旋转纳米板面外振动的固有频率.在数值算例中考虑了实际工程中常见的两种边界条件,即固定约束和简...     

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。     

用于弹性旋翼流场模拟的网格变形方法研究

建立了一个基于改进"Ball-Vertex"的具有拓扑无关性的网格变形方法,用来精确模拟桨叶发生弹性变形后贴体网格的运动以及旋翼近场气动力环境,为更好地分析弹性变形对桨叶贴体网格的影响提供了一套解决方案.该网格变形方法从基本的弹簧模拟思路出发,用一网状弹簧系统来模拟桨叶贴体网格的变形和运动.在网格结点周围引入"Ball-Vertex"概念,通过添加相关的冗余约束,该方法保证网格结点在变形过程中不会越过与该点所对应的对角面,从而避免了畸形网格单元的产生,可有效地用于较大变形情况下的流场数值计算.使用所建立的方法,首先对绕二维翼型的结构网格和非结构网格进行了网格变形模拟,以表明方法的有效性;然后,将该方法应用于振荡翼型的流场数值求解,进一步验证了所建立的方法;最后,结合该网格变形方法和旋翼流场求解方法对弹性旋翼流场进行了数值计算.在此基础上,得出了一些有意义的结论.     

台风-浪-流耦合作用下新型浮式风能-波浪能联合发电装置水动力特性（英文）

中国南海风能-波浪能资源丰富,风浪联合发电装置目前却处于概念研发阶段,加上近几年超强台风等极具破环力的极端海况频繁出现,对海上浮式平台安全性提出了严峻挑战。针对现阶段研究缺少对风浪联合发电装置在极端海况的安全性分析,本文以半潜式风力机（Semi-OC4）与振荡浮子式波浪能装置相结合的风浪联合发电装置（OC4-WEC）为研究对象,基于MCT(Model coupling toolkit)建立中尺度WRF-SWAN-FVCOM(W-F-S)实时耦合平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场风-浪-流的时空演变;再结合了中/小尺度嵌套的方法分析了OC4-WEC平台的流场特性。结果表明：建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高了42.51%;台风-浪-流作用下OC4-WEC平台较半潜式风力机垂荡运动幅值减小38.1%,纵荡运动幅值减小26.7%,纵摇运动幅值减小23.4%     

旋转光楔散斑照相术

本文提出了动态散斑照的一种新方法－旋转光楔散斑照相术，文中给出了理论分析及实验结果。该方法不仅能在一张记录介质上记录物体动变形的各状态的多通道散斑图，而且用全场滤波分析时，能方便地同时给出所有通道上的物体变形信息，得到清晰的、高衬比的干涉条纹图。这种方法是利用旋转光楔照相机来实现多通道动态散斑记录，具有设备简单、用途广泛等优点。文中给出了实测结果，理论分析与实验结果是吻合的。     

面向步行康复训练的质量虚拟去除主动人体重力支撑系统

研究了一种能够有效降低病人行走动态载荷的质量虚拟去除主动人体重力支撑(Body weight support,BWS)系统。该主动BWS系统能够根据人体的加速度反馈实时调节悬挂绳索中的张力,以达到同时平衡作用在病人身体上的重力和惯性力。为了验证该主动BWS的技术可行性,设计了一个简化的实验装置,利用偏心轮带动滑块作上下运动来模拟人体在垂直方向的步态,悬挂滑块的绳索中的张力根据滑块的加速度反馈进行调节,滑块与偏心轮之间的接触力代表动态行走载荷。实验结果表明,质量虚拟去除主动BWS系统能够有效降低病人在步行康复跑步机上行走的重力载荷和惯性载荷,从而使病人在跑步机上进行训练时获得好像失去了部分身体质量的动力学感受。     

世界上最深的落井装置

重力是由地球质量产生的引力。在地球上的物质都要受重力的影响,也只能在重力场的作用下生产和制备产品。大量的研究和试验证明,许多材料性质的理论极限比实际上能达到的要高得多,许多宝贵的物品无法在重力场中提纯或达到均匀。运行在空间轨道上的航天器,由于其运动特性,基本上可建立一个无重力(微重力)的环境。这个环境成为空间的宝贵资源。     

剪切流场中分散相液滴行为研究

目前乳化液破乳机理研究领域对剪切流场作用下分散相液滴行为的研究仍存在一些需要解答的问题.通过设计内外筒反向旋转剪切实验装置,结合数字图像处理技术,从实验角度进行了系统研究.实验数据显示液滴在剪切流场中发生三维力学变形,通过提出液滴形变非仿射度和综合变形度的概念,对液滴变形规律及其机理进行了相应的实验及理论探讨.同时,通过新颖可靠的测量方法,探索了液滴变形过程中内外流场压差的变化规律,数据显示液滴内外压差变化显著,且影响液滴形态.此外,还对剪切流场中液滴的变形过程进行了数值模拟,结果与实验及理论符合较好.提出了一套系统的液滴模型描述方法,为今后精确液滴变形形态数学模型的建立打下基础.     

旋翼与紊流场干扰噪声计算

本文给出了旋翼与紊流场相互作用产生噪声的理论计算方法。该方法从翼型段在紊流场中作直线运动时的噪声计算分析出发，由理论分析推广到旋翼旋转运动的情况，其中考虑了桨叶上非定常载荷的弦向及展向的非紧致性，叶－叶载荷之间的相关，特别是考虑了由旋翼运动造成的素流场畸变所引起的非各向同性和非均匀性。本文计算了一架模型直升机在＂准悬停＂状态下紊流场的畸变以及相应的干扰噪声谱，并对考虑畸变与非畸变、均匀畸变与非均匀畸变的结果作了比较。结果表明，紊流场的收缩畸变对干扰噪声有显著影响，并对此给出了合理的解释。     

热环境下复杂边界环形板振动特性建模及分析（英文）

提出一种统一的方法来预测环形板在稳态热环境下的自由振动行为。基于谱几何法（Spectral geometry method, SGM）,采用改进的傅里叶级数展开环形板的位移。基于一阶剪切变形理论（First-order shear deformation theory, FSDT）得到了环形板的势能和最大动能。采用三组线性弹簧和一组旋转弹簧模拟环形板的任意边界,使用周向耦合弹簧以保证回转角为360°的圆环板周向边界的连续性,结合瑞利-里兹法构建环形板的理论模型,求解环形板的振动特性,通过与有限元（Finite element method, FEM）计算结果的对比,验证了该方法的准确性。本文采用无网格法,与目前主流的方法（如有限元法）相比,其计算效率更高。本文还研究了环形板的模态数值解和边界条件、内外半径比之间的关系。本文为环形板在工程实践中的应用提供了参考。     

捷联惯导姿态更新的六子样旋转矢量优化算法研究

本文分析了锥运动环境下捷联惯性导航系统数学平台的算法漂移,提出了通过求解方程组实现六子样旋转矢量算法优化处理的新方法.并对四子样、五子样、六子样的算法漂移作了对比计算.六子样旋转矢量优化算法可以明显地提高圆锥补偿精度.     

FL-11风洞旋翼翼型俯仰/沉浮动态试验装置的研制

为全面开展直升机旋翼动态失速研究,在FL-11风洞研制了俯仰/沉浮两自由度动态试验装置。首先设计试验装置的机械结构,并利用有限元法对机械支撑框架和运动基座进行静力学和模态分析;其次采用多电机同步驱动实现翼型俯仰和沉浮运动,利用SIMOTION D和S120构建的运动控制系统保证控制精度;最后利用基于龙门轴锁定增益补偿算法的同步控制技术提升电机同步精度,并通过电子凸轮技术实现振幅和频率的无级调节。结果表明:该装置能实现俯仰、沉浮振荡运动以及耦合振荡运动,俯仰运动最大振幅为15°、最高频率为5 Hz;沉浮运动最大振幅为130 mm、最高频率为5 Hz;角度和位移精度分别为3′和1 mm。该装置已成功应用于CRA309翼型动态气动特性风洞试验,为深入研究动态失速特性提供了试验平台。     

含压电传感器和驱动器的复合材料中厚板有限元分析

基于变分原理和一阶剪切理论，本建立了一种新的机电耦合矩形有限单元．该单元具有四个节点20个位移自由度．电自由度为单元中的压电铺层层数。通过静态控制方程推得的旋转位移表达式中含有横向位移的三次导数．从而该单元不仅能分析薄板的变形．而且还能分析中厚板在电载荷和外力载荷作用下的变形。然后．根据所建立的有限单元．结合相关方程．编写了有限元分析程序并对一些算例进行了数值模拟．通过将所得结果与有关献的结果进行对比．验证了本单元的有效性。最后对压电非均衡复合材料在电载荷作用下的变形进行了分析。结果表明．当复合材料中正的铺层角和对应的负铺层角的厚度比改变时。在相同电载荷作用下对结构的变形有较大的影响。     

面向货物运输的移动平台设计与无人直升机追踪控制

由于无人直升机具有垂直起降、机动性好的特点,使其可用于移动平台之间的货物运输,因此,提出了无人 直升机跟踪移动平台的货物运输方法。设计了一套用于无人直升机追踪实验的动平台,动平台上可放置物品,无人直升机在追踪动平台过程中同时完成物品的拾起和码放。动平台系统由移动小车平台、运动控制器、引导装置以及地面监视软件等组成,采用MEMS-SINS/GPS组合导航系统作为引导装置的核心部件,完成对移动小车平台的位置和速度估计。提出了由单点GPS测量点提供多个目标点位置的方法,可使无人直升机方便快捷地知道需要拾起和码放物品的目标点。设计开发了一套操作简便、显示友好的地面监控软件,辅助移动平台正常运行,能有效监控引导装置与无人直升机的通信。     

基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析

在旋翼气动弹性耦合（CFD/CSD）分析中引入弹簧系统网格变形方法,建立了一套适合于旋翼气动载荷分析的CFD/CSD耦合方法。为了解决CFD/CSD耦合中关键的网格变形问题,旋翼桨叶贴体网格变形采用基于“ball-vertex” 弹簧系统的动态网格方法,通过添加冗余约束,避免了畸形网格单元的产生。旋翼流场计算采用基于Navier-Stokes(N-S)方程的CFD模块,对基于运动嵌套网格 的空间流场进行求解,湍流模型采用B-L模型。结构分析采用基于中等变形梁理论的CSD模块,基于Hamilton变分原理建立旋翼桨叶动力学方程。首先对振荡NACA0012翼型的流场进行了求解,验证了网格变形模块和CFD模块的有效性,然后采用UH-60A直升机旋翼作为算例对结构动力学模块进行数值验证。在此基础上,计算了UH-60A直升机旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动载荷,并与飞行测试数据进行了对比。计算结果表明,文中的弹簧系统网格变形方 法可以有效地用于旋翼CFD/CSD耦合计算分析,提高了旋翼气弹载荷的预测精度。     

大型振动台系统振动模态的有限元分析

本文针对滑动平台与动圈对接后水平横向振动系统的扫频试验的上限频率载止在400Hz的问题,对系统作了振动模态的有限元分析。在有限元分析中把所有离散化了的结构全部采用SAP5单元库中的平面应力膜元,这种膜元是改善了峦曲性能的威尔逊(wilson)不协调元,它很好地反映了本振动台系统的振动性态,这种膜元(与板壳元相比)大大地减少了自由度和带宽,从而节省了大量的计算费用。此外,还采用了SAP5程序中的边界元,用以提供油膜对滑台上有关节点的刚度,清除某些膜元上的非正向奇点以及用来模拟系统中的一些弹簧作用,也是较为成功的。本系统振动模态分析结果表明:激振动圈通过喇叭口部件以弯曲,扭转及(拉)压的形式向滑动平台传递激励力,也即此时激振动圈所发出的激励力大部份消耗在系统的弯曲和扭转振动,仅以部份的分量(拉或压)来驱动滑动平台的水平运动,这样势必导致激励能量大部份变为弯曲和扭转所做的功,从而使得扫描上限频率载止在400Hz左右,这与试验结果是一致的。     

飞行模拟器运动平台关节空间自适应模糊控制

提出了一种飞行模拟器并联运动平台的轨迹跟踪算法,用来补偿由于分支执行器力矩饱和所引起的轨迹偏移和控制器性能的下降。该算法分为实时轨迹修正模块和关节空间控制器模块两部分。对于任务空间中的参考运动轨迹,如果任何分支执行器发生饱和现象,实时轨迹修正模块将利用运动平台的动力学模型对参考加速度进行修正,同时在非饱和状态下补偿饱和修正所带来的参考轨迹与修正轨迹之间的偏差。关节空间控制器模块以饱和修正轨迹作为输入,使用计算力矩控制器并结合了带饱和补偿的模糊干扰观测器和分支速度观测器,使得存在外部干扰和无分支速度测量情况下,控制器能保证稳定并保持良好的跟踪特性。仿真结果验证了算法的有效性。     

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。     

微机械陀螺在线自测试

开发了用于科氏振动陀螺的在线自测试方法.该方法通过一种用于电容传感器的微机械陀螺数字读出电路实现.在微机械结构上施加一些额外的信号,传感器的最终性能(<0.1°/s)不会恶化.自测试的目标是验证科氏振动陀螺的第一和第二模态运动是否正常.对比其他的方法,该方法不会使器件性能退化,且可在运行的任何时间进行测试而不会干扰正常操作.该方法使微机械陀螺的性能得到提高,保证了传感器的正常功能.而在传感器非正常工作时可生成错误信号.     

机身自动调姿方法及误差分析

提出了机身自动调姿方法.该调姿方法利用研发的调姿控制平台将激光跟踪仪跟踪测量、托架式自动定位器、精确控制系统和调姿集成软件系统有机结合起来,完成位姿信息采集、位姿解算、轨迹规划、运动学逆解、定位器自动定位,实现机身自动精确调姿.调姿过程中,跟踪仪自动跟踪测量位姿基准点,获得机身实时位姿,从而对调姿轨迹进行及时修正.利用微变换齐次变换矩阵,研究了各误差源与机身调姿误差的关系,对多个定位器误差进行了融合,误差分析为保证调姿精度提供了理论依据.初步工程验证表明:该调姿方法能有效降低机身调姿误差,提高总装精度和效率.