EQUIVALENCE OF TWO METHODS FOR AIRDROP DYNAMICS

定义了空投系统的两个元素，即“载机”和“装载物”。介绍了用来研究空投问题的两种动力学建模方法，即“整体法”和“多体法”。证明了两种方法对于平动动力学是等价的，但对于转动动力学是不等价的，原因是整体法并非总是存在的。     

慢变外激励下的Van der Pol-Duffing系统中的混合模式振动

探讨了慢变外激励下的Van der Pol-Duffing系统的复杂动力学行为,揭示了由于慢变外激励的存在而使系统产生的两时间尺度混合模式振动及其动力学机理.当快子系统的平衡点失稳时,快子系统可以呈现出两种不同的动力学特性,即所谓的"单稳态"和"双稳态".探讨了与"单稳态"和"双稳态"相关的混合模式振动,得到了三类不同的振动模式,即对称式"delayed sup Hopf/delayed sup Hopf"型,对称式"sub Hopf/fold-cycle"型,以及对称式"sub Hopf/sub Hopf"型.     

“润滑”之新解

润湿与润滑分别属于两个不同的研究范畴,但两者之间又有着必然的因果关系.本文简要介绍了表面"润"与"滑"之间的关系;并归纳出一般规律,即,对于固-固接触摩擦为"润"而"滑",而对于固-液接触摩擦为"润"而"黏","去润"而"滑".     

传递对准姿态匹配算法的统一性

推导了传递对准中使用的传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法,证明了这两类姿态匹配算法是统一的.首先介绍了传统姿态匹配算法,包括"姿态角匹配法"和"姿态矩阵匹配法".然后论述了现代姿态匹配算法,包括"量测失准角匹配法"和"最优姿态匹配法"."量测失准角匹配法"是一种通过引入量测失准角进行传递对准姿态匹配的算法;"最优姿态匹配法"是对"量测失准角匹配法"的改进和完善.最后,从理论上证明了"姿态角匹配法"和"量测失准角匹配法"是等价的,进而,说明了传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法的统一性.     

高维非线性系统的全局分岔和混沌动力学研究

综述了Melnikov方法的发展历史, 从1963年苏联学者Melnikov提出该方法开始, 一直到目前广义Melnikov方法的提出和发展. Melnikov方法的发展历程可以概括为3 个阶段, 分别综述了每一个阶段Melnikov方法的扩展和应用, 论述了国内外在该方向的研究现状和所获得的主要结果, 指出了各种Melnikov方法之间的联系、存在的问题和不足. 为了对比两种研究高维非线性系统多脉冲混沌动力学的理论, 本文综述了另外一种全局摄动理论, 即能量相位法, 总结了该方法十几年来的发展历史以及国内外的理论研究成果和工程应用实例, 阐述了能量相位法发展的根源以及与Melnikov方法的内在联系, 比较了能量相位法和广义Melnikov方法两种理论研究对象的差别, 以及各自所存在的不足和问题. 简要论述了能量相位法和广义Melnikov方法的理论体系, 并利用广义Melnikov方法分析了四边简支矩形薄板的多脉冲混沌动力学, 数值模拟进一步验证了理论研究的结果. 最后, 详细综述了两种理论的缺点和不足, 说明今后全局摄动理论的发展方向.     

CED400型高速受电弓精细动力学模型影响因素研究

受电弓精细动力学建模及固有振动特性分析对于进行结构优化设计,提高装备性能具有重要意义。对于结构可靠和性能优良的高速受电弓,不仅取决于整体动力学特性,局部振动特性也成为其中的关键环节。本文对受电弓精细动力学建模方法进行了研究,讨论了不同影响因素对受电弓固有振动特性的影响。研究表明,受电弓主要部件适当的质量分布和连接设置特性是获得符合实际结构固有振动特性的重要保证。     

近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题

求解含裂纹等不连续问题一直是计算力学的重点研究课题之一,以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理不连续问题时面临很大的困难. 近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论,在处理不连续问题时有很大的优越性. 本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法. 结合近场动力学方法处理不连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势,将求解区域划分为两个区域,近场动力学区域和有限元区域. 包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模,其他区域采用有限元方法建模. 本文提出的耦合方案实施简单方便,近场动力学区域与有限元区域之间不需要设置重叠区域. 耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接,有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用. 将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中,并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量. 分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟,结果表明,本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率. 该耦合方案可以进一步拓展到热力耦合条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.      

STUDY ON INFLUENCING FACTORS OF FINE DYNAMIC MODEL OF CED400 HIGH SPEED PANTOGRAPH1)

受电弓精细动力学建模及固有振动特性分析对于进行结构优化设计,提高装备性能具有重要意义。对于结构可靠和性能优良的高速受电弓,不仅取决于整体动力学特性,局部振动特性也成为其中的关键环节。本文对受电弓精细动力学建模方法进行了研究,讨论了不同影响因素对受电弓固有振动特性的影响。研究表明,受电弓主要部件适当的质量分布和连接设置特性是获得符合实际结构固有振动特性的重要保证。     

序

正2018年12月5日是《力学学报》第二任主编郭永怀先生牺牲50周年纪念日.郭永怀先生是国际著名的力学家和应用数学家、中国近代力学事业的奠基人之一、"两弹一星"元勋、中国科学院院士.郭永怀先生在高速空气动力学方面取得享誉世界的学术成果,他发现了上临界马赫数,发展了奇异摄动理论中的变形坐标法,即国际上公认的PLK方法,为人类突破声障做出了重要的贡献.他倡导了中国的高超声速空气动力学、电磁流体力学     

近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题

求解含裂纹等不连续问题一直是计算力学的重点研究课题之一,以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理不连续问题时面临很大的困难.近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论,在处理不连续问题时有很大的优越性.本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法.结合近场动力学方法处理不连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势,将求解区域划分为两个区域,近场动力学区域和有限元区域.包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模,其他区域采用有限元方法建模.本文提出的耦合方案实施简单方便,近场动力学区域与有限元区域之间不需要设置重叠区域.耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接,有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用.将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中,并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量.分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟,结果表明,本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率.该耦合方案可以进一步拓展到热力耦合条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.     

径向基点插值法在旋转柔性梁动力学中的应用

将无网格径向基点插值法用于旋转柔性梁的动力学分析. 利用无网格方法对柔性梁的变形场进行离散,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类拉格朗日方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程. 将无网格径向基点插值法的仿真结果有限元法和假设模态法进行比较分析,说明假设模态法的局限性,并表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性,并讨论了径向基形状参数的影响. 同时运用3 种求解系统动力学方程的方法:纽马克方法、4阶龙格库塔法、亚当姆斯预报校正法,并比较各方法的计算效率, 结果表明纽马克方法最快.      

悬索非线性动力学中的直接法与离散法

以悬索为例对结构非线性动力学中直接法与离散法的应用进行了研究. 针对悬索面内运动的第$n$阶模态的主共振，分别利用这两种方法对悬索的非线性响应进行求解，得到悬索非线性响应的二次近似解以及相应的幅频响应曲线，并比较和讨论了这两种方法得到的结果及其差异. 通过分析得知：离散法在用于非对称结构非线性动力学的求解时可能导致错误的结果.     

张拉整体结构的动力学等效建模与实验验证

为了实现张拉整体结构高效动力学计算, 并考虑其大范围运动中柔性杆局部动态屈曲, 提出了一种受压细长杆动力学降阶模型, 采用五节点弹/扭簧集中质量离散模型等效连续杆的静力学和动力学特性. 首先, 通过静力学等效分析推导了弹簧拉压刚度和扭簧弯曲刚度表达式, 可准确预测杆件受压屈曲和近似预测其后屈曲行为. 第二, 通过动能等效分析推导了集中质量表达式, 可准确预测杆在线速度场下的运动. 第三, 通过弯曲振动固有模态等效分析确定弯曲刚度和节点质量的分布参数, 合适的分布参数取值组合可将降阶模型前两阶固有频率相对误差均降低至1%以内. 第四, 在全局坐标系下建立张拉整体结构瞬态动力学方程, 并利用静力凝聚法实现方程高效迭代求解. 最后, 分别对球形张拉整体结构准静态压缩、模态分析和碰撞动力学进行仿真和实验对比分析, 证明了提出的动力学降阶模型可有效预测张拉整体结构的静力学行为、固有振动特性及瞬态动力学响应, 并分析了结构参数变化对其力学特性的影响规律. 本文提出的动力学等效建模与计算方法, 可望用于软着陆行星探测器、大型可展开空间结构及点阵材料等复杂张拉整体系统的动力学分析与控制.      

含摩擦滑移铰平面多刚体动力学的HLCP方法

给出了一种基于水平线性互补问题(HLCP)的双边约束滑移铰含摩擦平面多刚体系统动力学的数值计算方法.首先从系统的约束方程出发建立了每个双边约束中两个约束面的法向约束力的互补关系;并利用摩擦余量的概念给出了库仑摩擦定律的互补表达式.然后针对事件驱动算法将该类非光滑多体系统动力学方程中双边约束中法向约束力切换和系统"stick-slip"运动状态切换的判断统一成HLCP的求解,通过定义一组变维数矩阵给出了HLCP形式的一般表达式,便于编程计算.最后通过一个两自由度多体系统的算例验证了该方法的有效性.     

在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模

在轨组装是未来超大型空间结构最有发展潜力的构建方式之一, 组装过程中空间结构尺寸逐渐增长、动力学特性也随之改变, 给结构主动控制任务带来了新的挑战. 针对这一问题, 提出一种在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模方法. 首先, 建立不同类别组装模块的基础模型库, 以用于后续直接调用; 然后, 定义模块的邻接关系矩阵以描述在轨组装过程中空间结构的变化, 并根据在轨组装任务特点, 设计了面向分布式控制的智能组件结构形式; 在有限元建模方法的基础上提出"节点自由度加载"方法, 利用模块的基础模型库与邻接关系矩阵, 分别建立智能组件和空间结构整体的动力学模型, 该模型可随组装的进行同步自适应更新; 最后, 以在轨组装桁架结构为例, 给出组装碰撞冲击下动力学建模与分布式主动控制数值仿真. 结果表明, 在轨组装过程中桁架结构整体的动力学特性有明显的变化, 主动控制非常必要; 基于提出的建模方法, 可高效地建立构型多样的在轨组装空间结构动力学模型; 智能组件的动力学模型在组装过程中可进一步根据邻接关系矩阵限定更新范围, 适用于在轨组装过程中的分布式主动控制系统设计.      

在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模

在轨组装是未来超大型空间结构最有发展潜力的构建方式之一,组装过程中空间结构尺寸逐渐增长、动力学特性也随之改变,给结构主动控制任务带来了新的挑战.针对这一问题,提出一种在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模方法.首先,建立不同类别组装模块的基础模型库,以用于后续直接调用;然后,定义模块的邻接关系矩阵以描述在轨组装过程中空间结构的变化,并根据在轨组装任务特点,设计了面向分布式控制的智能组件结构形式;在有限元建模方法的基础上提出"节点自由度加载"方法,利用模块的基础模型库与邻接关系矩阵,分别建立智能组件和空间结构整体的动力学模型,该模型可随组装的进行同步自适应更新;最后,以在轨组装桁架结构为例,给出组装碰撞冲击下动力学建模与分布式主动控制数值仿真.结果表明,在轨组装过程中桁架结构整体的动力学特性有明显的变化,主动控制非常必要;基于提出的建模方法,可高效地建立构型多样的在轨组装空间结构动力学模型;智能组件的动力学模型在组装过程中可进一步根据邻接关系矩阵限定更新范围,适用于在轨组装过程中的分布式主动控制系统设计.     

康脱洛维奇法和线法在高梯度问题中的应用

应用两种半解析数值方法即康脱洛维奇法和线法，对文献［１］中的高梯度问题进行了数值求解，获得了令人满意的结果。特别在后一方法中首次尝试了“子结构法”，结果，在计算精度和计算效率方面都取得了显著的改进。因此，这一可行性研究的成果，对于突破当前国际上热门的“应变局部化”所导致的“剪切带”中高梯度变形的研究现状，提供了新的思路。     

动力学平衡方程的辛两步求解算法

基于线性多步方法的构造格式和辛变换,给出了动力学方程的两种辛两步法求解格式,它们分别具有四阶精度和二阶精度,但都只有二阶格式的计算量,因此四阶辛两步法具有较大的应用价值。对两种辛两步法和解析解进行了数值比较,证明了二阶精度辛两步格式在一定条件下就是欧拉中点保辛算法,或δ=0.5和α=0.25的Newmark辛格式。     

动态子结构法的国内进展

1.前言20多年来,结构动力学经历了深刻的变化,动态子结构方法的发展即其重要标志之一。工程技术和结构工艺的不断推进,经常要求准确而迅捷地分析整体结构系统的动态性能;数字计算机的发展及有限元素法的兴起,为完善这种分析,提供了强有力的手段,但是,大型复杂结构的精细有限元分析,通常导致成百上千自由度的离散化模型,直接(完全)      

平面体系几何组成分析的解析法研究

 平面体系几何组成分析时不考虑杆单元变形, 即所有的杆单元均假定为刚性杆. 由于刚性杆的存在, 杆端位移受到约束, 可以据此导出两种杆单元类型的约束方程. 将单元约束方程集成为整体约束方程, 通过对整体约束方程系数矩阵秩的分析, 研究并确定平面体系的几何组成性质. 解析法作为几何法和静力法的有效补充, 可以应用在结构力学教学中.