大型直线振动筛动态仿真的研究

本文对我国首次设计的27m^2大型直线振动筛进行了动态仿真,探索了大型筛分机械动态仿真理论方法和试验技术,改进了大型筛体的设计,为我国生产大型振动筛探索了可行之路。     

变转速共轴旋翼载荷建模及实验验证

对共轴双旋翼无人飞行器操纵结构的简化,会引起旋翼载荷变化更加复杂。共轴双旋翼转速控制方法有助于飞行控制系统的实现,但是在飞行控制律设计时,需要透彻了解变转速旋翼的气动载荷变化,建立精准的旋翼载荷模型。本文深入分析了旋翼变转速情况下单旋翼系统和共轴双旋翼系统的旋翼入流分布,建立了单旋翼变转速旋翼载荷计算方法,提出了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法。明确了低雷诺数对微型旋翼飞行器的旋翼载荷计算影响,引入雷诺数修正系数完成对旋翼翼型升阻系数气动参数的修正和验证,提高了变转速共轴双旋翼载荷模型的计算精度。设计了一套变转速单旋翼系统和共轴双旋翼系统的旋翼载荷测量实验装置,通过实验测试完成了对共轴双旋翼载荷计算方法的验证,表明了所提出的变转速共轴双旋翼载荷模型和实验测试装置是可信的。     

超高压水射流喷头水动力特性研究

基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析,给出关于射流核心参数的优选方法,旨在提高水射流效率。首先,根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点,考虑到水的压缩性和空化效应,建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型,通过改变靶距、入射角度、转速等外部特征参数,实施了超高压水射流除锈喷头水动力性能模拟研究。然后,重点分析单束定冲角喷嘴靶距、入射角度对靶面剪切应力、打击压强分布的影响,以及射流等速核长度与最佳射流靶距的关系。发现当靶距等于喷嘴射流等速核长度时,壁面剪切应力达到最佳水平。此外,通过分析高速旋转射流卷吸效应、靶面水垫作用对靶面所受剪切应力、打击压强分布的影响,得到最佳转速范围和对应线速度。初步阐明了射流冲击剥离的机理、单束定冲角以及多束旋转射流的特征参数对射流效果的影响,可为超高压除锈喷头的设计、装配提供参考。     

拱型结构振动控制的研究

将控制技术运用到拱型结构的振动控制中。运用单点和多点控制方法，将主动控制力表为位移，速度和加速度的线性函数，在频域内探讨了拱型结构某些关键部闰加速度频率响应随地面运动频率变化情况，研究了主动控制力参数对加速度响应的影响，并对带有主动控制装置的拱型结构在随机激励作用下的响应进行了分析。     

基于代理模型的箭体连接结构极值响应分析与优化

螺栓法兰连接结构在航空航天等工程领域中广泛应用,其力学性能在不同工况和装配情况下十分复杂。由于拉压刚度差异,含连接结构的箭体动力学响应呈现明显的非线性特征。因此,考虑不同连接参数及工况下的连接非线性动力学响应,对结构优化设计有着重要意义。本文针对以双线性弹簧表征螺栓法兰连接非线性的箭体等效动力学模型,基于径向基函数(RBF)神经网络和响应面法分别建立其连接面处的极值响应代理模型,对比发现RBF神经网络模型在较高精度上可以实现对动响应极值的预测及分析;同时分析了不同载荷参数及刚度变化对连接结构动响应极值的影响;最后,利用RBF神经网络代理模型,开展了连接面加速度极值响应与螺栓弹簧力最小化为目标的连接结构参数优化。     

轴向变速运动正交各向异性板的动态稳定性

研究面内载荷作用下轴向变速运动正交各向异性薄板的横向振动及其稳定性。利用Galerkin法与平均法,在激励频率为2倍固有频率或为两阶固有频率之和附近时得到自治的常微分方程组;在参数激励频率和激励振幅平面上,分析由共振引发的失稳区域。数值算例验证了面内载荷、轴向速度、加速度参数对失稳区域的影响。     

爆轰驱动飞片撞击铁电体爆电换能的放电特性

为了研究铁电体作小型电磁脉冲弹高功率脉冲电源的放电特性,提出了爆轰驱动飞片撞击铁电体 的冲击波数值算法,计算了不同装药长度下飞片对铁电体的冲击载荷,建立了铁电体负载为高压储能电容的 去极化放电模型,设计了铁电体去极化放电装置,并进行了实验。实验表明:5mm 的装药柱长度能够满足铁 电体相变的压强条件;负载为0.2、18H 时,储能电容能够将放电脉宽拉伸至20s,去极化放电能量随着 铁电体并联数目增加而增加,放电损耗率大约15%。     

基于拉格朗日方程的稳定车新型稳定装置研究

本文以多体动力学为基础,针对动力稳定车的稳定装置开发一种新型的激振结构,运用第二类拉格朗日方程建立了水平方向振动的数学模型,并运用新型预测—校正积分法求解微分方程.同时借助多体动力学软件ADAMS,建立了该结构的仿真模型.得到了不同激振频率下的稳定装置箱体的水平加速度响应,通过将数值计算和仿真结果进行对比,可以看出振动曲线有相似的趋势,并且加速度峰值与主频率保持了良好的一致性,排除在建立方程时忽略高阶小量及在ADAMS中存在的其他结构共振干扰等误差因素,对比结果有较高的可信性,为进一步开发改进提供了有效的理论、仿真模型以及参数依据.     

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.     

基于滑模的舰艇无人直升机悬停控制

考虑到小型无人直升机在飞行过程中存在的不确定对无人直升机飞行控制性能的影响,设计了一种基于滑模的非线性鲁棒控制器。首先分析了悬停平衡条件下小型无人直升机的数学模型,然后通过设计滑模面,并结合标称系统的反馈增益,获得了滑模面的设计参数。在此基础上设计了基于指数趋近律的滑模控制器,并利用Lyapunov理论对整个系统的稳定性进行了分析。最后的仿真结果表明:给出的滑模控制策略能够有效地处理模型参数不确定对无人直升机飞行控制性能的影响,验证了该控制策略的有效性。     

考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。     

缓凝砂浆在单螺杆挤出机中的流动分析

在预应力钢筋上连续包裹一层缓凝砂浆是新型缓粘结预应力混凝土体系得以工程应用的关键。为了弄清包覆过程,了解物料性能、加工条件和螺杆参数等输入变量对包覆输出结果的影响,基于缓凝预应力筋包覆试验,运用Polyflow软件,对宾汉姆体的缓凝砂浆在螺旋槽内流动和变形情况进行CFD(computational fluid dynamics)模拟。得到了可视化的速度场和剪切速率场,模拟了分析螺杆转速、螺杆几何参数对物料流变特性的影响。模拟结果可视,且直观地验证了包覆试验现象,揭示了包覆机理,为包覆装置可靠作业和结构优化提供了理论依据。     

Cosserat连续体模型中本构参数对应变局部化模拟结果影响的数值分析

基于所发展的压力相关弹塑性Cosserat连续体模型及相应的数值方法,以一维剪切层及二维平板压缩问题为例,数值分析了Cosserat连续体模型中的本构参数Cosserat剪模、软化模量及内部长度参数对应变局部化数值模拟结果的影响.结果表明在一定取值范围内,Cosserat剪模对数值模拟结果几乎没有影响,并给出了具体数值计算时的取值范围;软化模量绝对值越大,后破坏段的荷载-位移曲线越陡,计算得到的剪切带宽度越窄;内部长度参数越大,后破坏段的荷载-位移曲线越平缓,计算得到的剪切带越宽.     

仿生推进装置翼盘变速运动的数值仿真与试验研究

根据水母游动原理扩展设计了一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式结构串联体、两端仿生合页式翼盘,实现大行程直线往复运动的仿生推进.在数值分析的基础上,根据仿生推进装置运动的特点,运用直线位移与拉压力传感器,对翼盘在水中运动时的推进力及运动位移进行测试和数据采集.考虑运动过程中翼盘速度变化,运用FLUENT软件对不同张角的翼盘产生的推进力进行数值仿真.通过仿真与试验分析,并以推进力最大化为原则,确定了翼盘最大张角为160°,推进力仿真值与实际测试值基本吻合,初步验证了所提出仿真方法准确性.     

正交约束下的D-最优试验设计

针对一类因素间具有正交约束的回归模型的试验设计问题,以D-最优为准则,以加速度计试验设计为背景,从试验点的均衡分布原则出发,以不同试验环境下合加速度大小为依据,给出了不同环境下球内接正多面体的试验方法,通过进一步计算和深入分析表明,单球面时为避免信息矩阵降秩应采用不同安装方式,降低模型维数以达到试验目的;两球面下试验设计的优劣与两个半径的大小有关,半径越大计划越优,而且信息矩阵的秩最大时两个球半径之间呈近似线性关系.试验结果的优劣还受到初始安装位置的影响,为了达到最优化,应使合加速度方向与加速度计的某个轴同向.     

速率偏频激光陀螺用回转装置的设计与实现

速率偏频激光陀螺技术中陀螺台体回转加速度的大小和回转位置的精确定位问题是实现速率偏频激光陀螺的两个关键技术。本文设计并实现了用于提高速率偏频激光陀螺腔体正反转换向加速度的回转装置 ,该装置还能使其回转位置精确定位 ,实践证明 ,该回转器使陀螺腔体回转加速度提高到原来的 2 .5倍 ,达到 1 2 778(°) /s2 ;回转位置的静态定位精度达到 1 ″。而且回转器结构简单可靠 ,使用时不增加陀螺台体运转过程中控制任务的复杂性 ,并且对系统安全性有积极作用     

航行体开槽包裹式缓冲头帽结构设计及其降载性能

针对空投航行体和火箭助飞航行体高速入水过程中遭受巨大的冲击载荷,可能导致的结构损坏、弹道失控等问题,提出了一种开槽包裹式缓冲头帽,用于保护航行体入水过程中的结构安全。首先,给出了缓冲头帽的详细设计参数,基于任意拉格朗日-欧拉算法,建立了航行体带缓冲头帽高速入水数值模型,并对该数值模型的正确性进行了验证。然后,在此基础上,研究了不同入水角度下,空泡流场的演变过程,分析了入水时缓冲材料的应力分布情况。最后,探究了不同入水速度和入水角度下缓冲头帽的降载性能。结果表明,数值计算所得空泡形态与实验图像基本吻合,且数值计算和实验测试所得的冲击加速度变化趋势基本一致,两者轴向加速度峰值相对误差为6.72%,径向加速度峰值相对误差为7.52%。航行体装备所设计的缓冲头帽以300 m/s的速度垂直入水时轴向降载率为22.17%;以100 m/s的速度60°入水时,轴向降载率为31.83%,径向降载率为66.80%。     

固定鸭舵双旋弹全弹道动态稳定性及其影响因素

为研究固定鸭舵双旋弹全弹道飞行时的动态稳定性问题,在小攻角条件下建立复攻角运动的状态空间模型,并应用霍尔维茨方法导出其特征根实部皆负的一般性条件.针对起控前/后前体滚转角的运动特点,利用常规旋转弹的稳定性分析方法,建立固定鸭舵双旋弹在不同飞行状态下的动态稳定性判据,其与常规旋转弹的形式相似,无控飞行时在升力和静力矩项中对应增加了舵面控制力和力矩项;有控飞行时进一步增加了有关项相对增量的影响.据此在后体参数确定的条件下推导舵面参数约束条件,并分析操纵舵控制力系数导数、安装位置和舵偏角对动态稳定性的影响,揭示了该类炮弹动不稳定形成的原因.对复攻角运动在不同条件下的仿真分析结果表明,当舵面引起的有关项相对增量同时位于无控和有控飞行的边界曲线内时,固定鸭舵双旋弹全弹道飞行动态稳定,验证了本文推导的动态稳定性判据和舵面参数约束条件合理,为该类炮弹的研制提供了理论依据与设计参考.     

挤压油膜阻尼器-滑动轴承转子系统动力学分析与优化设计

为了对挤压油膜阻尼器-转子系统中挤压油膜阻尼器(SFD)的各项参数进行优化设计,使转子系统的动力学性能达到最佳状态,本文综合运用转子动力学和油膜润滑基本理论以及数值分析方法,对SFD-滑动轴承转子系统的灵敏度及动力学优化进行了系统研究。灵敏度分析结果表明:轴承间隙c1、SFD间隙c2、油粘度η对转子系统的一阶临界转速的影响较大;SFD间隙c2、轴承间隙c1、转轴刚度K2对二阶临界转速的影响较大。据此得到优化的设计变量为c1、c2、η、K2,并采用遗传算法对临界转速进行了优化分析;经过优化后,系统的一阶、二阶临界转速差值由原来的510rad/s变为860rad/s,系统动力学性能得到较大改善。本文的优化设计结果可为此类转子系统的设计提供参考。     

考虑空气阻力影响的振动筛分物料的运动分析

空气阻力对轻质物料筛分的影响是不可忽略的，本文利用达朗贝尔原理推导出物料在正向滑动、反向滑动和抛掷运动过程中的运动方程，并利用MATLAB软件仿真了物料在运动过程中的位移和速度，将结果与不考虑空气阻力时的物料运动进行对比分析，讨论了主要物理参数对物料运动的影响规律，为轻质物料的筛分提供理论参考．