基于神经网络的间隙机构运动副磨损预测

应用BP神经网络建立了磨损率与接触应力、滑动速度和材料硬度之间的非线性关系模型,并对该网络模型进行了验证和测试,结果表明,训练良好的神经网络模型能够准确反映样本所蕴含的内在磨损规律,且具有较好的预测效果。基于非线性弹簧阻尼模型和修正的Coulomb摩擦力模型对含间隙曲柄滑块机构进行数值仿真分析,获得间隙机构运动副的接触应力和相对滑动速度,利用训练好的神经网络磨损模型对轴套的磨损进行迭代磨损预测分析,发现随着曲柄转数的增加,轴套表面一些特定位置处的磨损越来越严重,最终导致轴套表面出现非均匀磨损现象,其原因是间隙机构运转过程在一些特定位置处产生了较大接触应力和碰撞力。     

间隙对金属锡爆轰加载过程的影响

采用高能炸药透过钢板对锡样品开展爆轰加载实验,并通过数值模拟对实验结果进行验证,分析不同间隙对爆轰加载过程的影响。研究结果表明:亚毫米级别的样品间隙能对实验结果会产生显著影响;一方面锡样品与钢层间的间隙将导致冲击波在间隙表面发生强反射,反射稀疏波在钢层与炸药界面再次反射形成较强的后续压缩冲击波,进而导致锡样品的加载压力显著升高,另一方面,金属层间与炸药间的间隙将导致加载压力降低;相较于金属层间与炸药间的间隙,锡样品与钢层间的间隙对加载影响更严重,并且随着间隙尺寸变化,两种情况中间隙影响的变化趋势也有所差异。     

柔性对多体系统中铰接副磨损的影响

通过集成柔性多体动力学与磨损计算程序,提出了一种用于对柔性多体系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测的方法.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入Lankanrani和Nikravesh提出的连续接触力模型计算间隙铰接副部分的法向接触力,采用Lu Gre摩擦模型计算切向摩擦力,并利用基于Archard模型的迭代计算程序计算磨损.为了提高计算效率,引入了并行计算策略.最后,通过对一个含柔性连杆的曲柄滑块机构机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力会大幅降低,预测的磨损量也随之降低,并且随着机构柔性的增强,这种效果更为明显.     

直立码头前船波浪力耦合计算模型

建立了外域用Boussinesq方程、内域用刚体运动方程的直立码头前二维船剖面波浪力的时 域计算耦合模型，内域与外域在交界面的匹配条件是流量连续和压力相等. 进行了相关模型 实验，并把计算结果与实验结果进行了对比. 推导了船体与水底和直立码头之间间隙内流体 运动的自振频率，研究了间隙内流体运动的共振现象.     

间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征影响的模拟分析

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下，两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度，进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征，需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律。首先，开展了爆轰驱动含初始间隙双层钢飞片的简化建模及数值模拟，通过模拟与实验结果的对比，验证了简化建模的合理性；然后，对该模型的加载动力学过程进行了深入分析，给出了首次、二次加载的来源；最后，开展了不同间隙厚度对该动力学过程影响的模拟分析研究。自由面速度结果表明，随着间隙厚度由0.1 mm增加至1 mm以上，外层飞片自由面的首次起跳速度峰值先逐渐降低后基本保持恒定、二次起跳速度峰值由逐渐增加至基本不变。动力学分析结果表明，可将不同间隙大小的影响分为两个阶段，其分界判据是在爆轰加载后内层金属飞片是否能够在间隙部位发展为脱体层裂片：在间隙较小的情况下，内层飞片在间隙一侧无法发展为层裂片，在此阶段内，随着间隙厚度的增加，外层飞片的首次加载峰值压力降低、二次加载峰值压力增加；在间隙较大的情况下，内层飞片在间隙一侧可以形成厚度不变、速度稳定的层裂片，在此阶段内，随着间隙厚度的增加...     

空间站伸展机构的非线性动响应分析

本文在考虑连接件柔性和关节间隙的情况下，建立起结构的有限元分析模型，对结构的非线性动响应进行了计算仿真和实验研究。结果表明铰接间隙是空间站伸展机构非一的主要来源，间隙使结构明显变柔；实验还说明，预应力可使结构间隙减小或部分消除，从而减弱结构的非线性特性，使系统响应接近于理想结构。     

直撞式霍普金森压杆二次加载技术

利用传统分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验技术来实现试件在较低应变率下的大变形时，需要使用超长的压杆系统，杆件的加工和实验空间限制了该技术的推广应用。鉴于此，提出一种直撞式霍普金森压杆二次加载实验技术，利用透射杆中的应力波在其末端的准刚性壁反射实现对试件的二次加载，并分析了准刚性质量块尺寸对二次加载的影响规律；采用二点波分离方法对叠加的应力波进行了有效分离和计算，在总长4 m的压杆系统中实现了1.2 ms的长历时加载，并可以准确获得试件的加载应变率曲线和应力应变关系。建立了直撞式霍普金森压杆二次加载有限元模型，数值仿真结果表明，该实验技术能有效地实现试件的二次加载，与超长SHPB系统获得的仿真结果相比较，两者的试件应力应变关系完全一致。利用该技术对1100铝合金材料进行动态压缩实验，实现了其在102 s?1量级应变率下的大变形动态力学性能测试。     

考虑间隙的液压挖掘机机臂动力学研究

由于装配制造公差、磨损等情况,挖掘机的铰接处存有间隙,因间隙产生的碰撞力与液压缸相互作用,会影响到液压挖掘机的动力特性。为了获得间隙对挖掘机机臂动力学响应的影响,本文利用拉格朗日法建立挖掘机使用液压锤时,含有五个自由度的机臂模型,以液压锤的冲击力作为输入,将液压缸顶端间隙、液压锤旋转铰接间隙考虑进挖掘机的理想动力学模型进行研究。最后将理想模型与含间隙模型动力学响应求解结果进行对比分析,结果表明,间隙变大会导致液压缸活塞杆的振动加大、碰撞力加大,同时会使小臂与液压锤的铰接间隙副的轴销轨迹偏向一边。因此,考虑间隙的液压挖掘机动力学模型比传统动力学模型能够获得更详细的动力学响应变化规律,更加符合工程实际。     

滚动轴承-偏置转子系统动力特性数值分析与实验研究

应用有限元法建立偏置转子的计算模型,采用考虑轴承Hertzian接触力和内间隙等非线性因素的二自由度滚动轴承模型,建立了滚动轴承-偏置转子系统的非线性动力学模型.通过数值仿真和实验研究分析了转子系统的非线性动力特性.实验数据和有限元模型计算结果是一致的,证实了所建立滚动轴承-转子系统非线性模型的合理性.发现由于滚动轴承非线性因素的影响,当转速达到系统共振转速的两倍附近时,激起了系统亚谐共振.     

加载速度对黏土强度影响的数值模拟研究

为研究加载速度对土壤强度的影响,以黏土为研究对象,基于数值模拟研究建立了土壤的平板沉陷试验仿真模型和直剪试验仿真模型。通过设置不同的加载速度来分析加载速度对土壤极限承载力和剪切强度的影响。研究结果表明:黏土有明显动态效应,加载速度的增大会提高土壤的极限承载力以及剪切强度。研究过程和结论可为土壤的强度试验提供一种基于数值模拟分析的研究思路。     

Dynamic analysis of a flexible slider–crank mechanism with clearance

In this paper we are interested in the study of the dynamic behavior of a planar flexible slider–crank mechanism with clearance. Simulation and experimental tests were carried out for this goal. For the simulation tests, we have built the model under the software ADAMS. We used a contact model based on the so called Impact-function. An experimental set-up was designed and built to achieve some experimental validations. The presented results show that, in the presence of clearance, the mechanism responses were greatly influenced. The motion is characterized by the occurrence of three phases: a free motion, a continuous contact motion and an impact motion. In this paper, both the case of the mechanism with rigid link and the case with flexible link were studied. It is shown that in the presence of clearance, the coupler flexibility has a role of suspension for the mechanism.     

Dynamics analysis of 2-DOF complex planar mechanical system with joint clearance and flexible links

Joint clearance and flexible links are two important factors that affect the dynamic behaviors of planar mechanical system. Traditional dynamics studies of planar mechanism rarely take into account both influence of revolute clearance and flexible links, which results in lower accuracy. And many dynamics studies mainly focus on simple mechanism with clearance, the study of complex mechanism with clearance is a few. In order to study dynamic behaviors of two-degree-of-freedom (DOF) complex planar mechanical system more precisely, the dynamic analyses of the mechanical system with joint clearance and flexibility of links are studied in this work. Nonlinear dynamic model of the 2-DOF nine-bar mechanical system with revolute clearance and flexible links is built by Lagrange and finite element method (FEM). Normal and tangential force of the clearance joint is built by the Lankarani–Nikravesh and modified Coulomb’s friction models. The influences of clearance value and driving velocity of the crank on the dynamic behaviors are researched, including motion responses of slider, contact force, driving torques of cranks, penetration depth, shaft center trajectory, Phase diagram, Lyapunov exponents and Poincaré map of clearance joint and slider are both analyzed, respectively. Bifurcation diagrams under different clearance values and different driving velocities of cranks are also investigated. The results show that clearance joint and flexibility of links have a certain impact on dynamic behavior of mechanism, and flexible links can partly decrease dynamic response of the mechanical system with clearance relative to rigid mechanical system with clearance.     

DYNAMIC MODEL AND MECHANICAL ANALYSIS OF THE ROTATING ARM OF THE DEEP SEA MINING MECHANISM1)

深海采矿机构多关节转臂运动时受到海洋水动力作用,转臂驱动油缸力矩与变幅机构驱动力受到影响。分析了深海采矿机构转臂受水动力的影响,建立采矿转臂在调整采矿姿态时的动力学模型。基于采矿机构特定转臂尺寸实例,得出了关节驱动力矩与变幅机构油缸驱动力曲线,以及基于ADMAS模型关节驱动力矩曲线。通过对采矿转臂进行动力学数值求解与仿真分析,验证其动力学方程的正确性。     

横向爆炸载荷下薄壁圆管的动态响应

采用实验研究、理论分析和有限元模拟相结合的方法，研究了横向爆炸载荷作用下薄壁圆管的动态响应。利用弹道冲击摆锤系统，对圆管在爆炸载荷下的动力响应进行了实验研究，分析了薄壁圆管的变形模式；基于地基梁模型，建立了横向爆炸载荷作用下圆管跨中挠度的理论模型，并进行了无量纲化；通过有限元模拟，分析了圆管的几何参数对其变形模式和跨中挠度的影响，并与理论结果进行了对比。研究结果表明:随着TNT药量增加圆管的变形区域和跨中挠度增大；圆管的长径比、厚度及爆炸载荷参数对圆管的变形模式有较大影响；理论预测、有限元模拟结果与实验结果吻合较好。     

送纸机构纸张控制方程及卡纸现象数值分析

卡纸现象是打印机和复印机送纸机构常见故障之一,广泛存在于各种介质的传送系统中．为解决该问题,需要研究纸张在送纸机构中的运行规律和受力特点．根据送纸机构的原理,建立纸张在辊轮间运动的计算模型,并推导这一过程中的纸张运动方程．理论推导表明机构的材料与尺寸对卡纸有影响;同时,利用多体动力学分析软件RecurDyn,建立送纸机构仿真分析模型,研究送纸机构运行状态并分析在纸张脱离辊轮后各个因素对卡纸现象的影响,获得纸张与导板间不同的摩擦系数、主动辊轮转速、纸张模量及厚度变化对机构运动影响的规律;最后对比了实验与仿真的扭矩结果,来验证仿真方法的可靠性．结果表明,在纸张被辊轮夹持阶段,纸张运动主要受机构材料和尺寸影响;在纸张脱离辊轮后,纸张运动主要受摩擦力和接触力的影响,并发现随着纸张与导板间摩擦系数的增加、辊轮转速的减小、纸张模量及厚度的变大,机构中容易发生卡纸现象．研究结果可为解决卡纸故障提供指导．     

A parametric study on the dynamic response of planar multibody systems with multiple clearance joints

A general methodology for dynamic modeling and analysis of multibody systems with multiple clearance joints is presented and discussed in this paper. The joint components that constitute a real joint are modeled as colliding bodies, being their behavior influenced by geometric and physical properties of the contacting surfaces. A continuous contact force model, based on the elastic Hertz theory together with a dissipative term, is used to evaluate the intrajoint contact forces. Furthermore, the incorporation of the friction phenomenon, based on the classical Coulomb’s friction law, is also discussed. The suitable contact-impact force models are embedded into the dynamics of multibody systems methodologies. An elementary mechanical system is used to demonstrate the accuracy and efficiency of the presented approach, and to discuss the main assumptions and procedures adopted. Different test scenarios are considered with the purpose of performing a parametric study for quantifying the influence of the clearance size, input crank speed, and number of clearance joints on the dynamic response of multibody systems with multiple clearance joints. Additionally, the total computation time consumed in each simulation is evaluated in order to test the computational accuracy and efficiency of the presented approach. From the main results obtained in this study, it can be drawn that clearance size and the operating conditions play a crucial role in predicting accurately the dynamic responses of multibody systems.     

Bistable buckled beam and force actuation: Experimental validations

This paper presents recent experimental results on the switching of a simply supported buckled beam. Moreover, the present work is focussed on the experimental validation of a switching mechanism of a bistable beam presented in details in Camescasse et al. (2013). An actuating force is applied perpendicularly to the beam axis. Particular attention is paid to the influence of the force position on the beam on the switching scenario. The experimental set-up is described and special care is devoted to the procedure of experimental tests highlighting the main difficulties and how these difficulties have been overcome. Two situations are examined: (i) a beam subject to mid-span actuation and (ii) off-center actuation. The bistable beam responses to the loading are experimentally determined for the buckling force and actuating force as a function of the vertical position of the applied force (displacement control). A series of photos demonstrates the scenarios for both situations and the bifurcation between buckling modes are clearly shown, as well. The influence of the application point of the force on the bifurcation force is experimentally studied which leads to a minimum for the bifurcation actuating force. All the results extracted from experimental tests are compared to those coming from the modeling investigation presented in a previous work (Camescasse et al., 2013) which ascertains the proposed model for a bistable beam.     

线形?拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究

利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能, 为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路. 通过引入非线性磁力设计了一种线形?拱形组合梁式三稳态压电俘能器, 分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规律. 利用磁偶极子法建立磁力模型, 通过实验测量线形?拱形组合梁的恢复力, 并采用多项式拟合得到恢复力模型, 基于欧拉?伯努利梁理论和拉格朗日方程建立系统的动力学模型, 从时域角度仿真分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对系统动力学特性的影响规律. 研制线形?拱形组合梁式三稳态压电俘能器样机并搭建实验平台进行实验研究, 通过采集组合梁末端响应速度数据, 验证了理论分析的正确性. 研究表明: 引入非线性磁场能够使系统势能呈现单势阱、双势阱或三势阱, 激励一定时, 调整磁铁水平间距和垂直间距能够使系统实现单稳态、双稳态或三稳态运动, 且在三稳态运动时响应位移较大, 增大激励水平有利于系统越过势垒实现大幅响应. 研究为线形?拱形组合梁式三稳态压电俘能器的设计提供了理论指导.      

面向微振信号的驻极体减振俘能装置设计与建模

随着航天工程的飞速发展以及先进制造业对加工精度要求的持续提高,对低频微振信号的控制与利用越发受到关注.本文采用驻极体材料,参考动力减振器理论,开发了一种面向低频微振环境的减振俘能一体化装置,建立了驻极体减振俘能装置的机电耦合模型.为兼顾减振和俘能的双重要求,本文分析和等效了静电力对系统动力学特性的影响,并进行了参数的评估,提出了适用于驻极体减振俘能的优化方法.建立了AMEsim和Simulink的联合仿真环境,对模型和结果进行了仿真验真.建模和仿真的结果表明,本文建立的驻极体减振俘能装置的机电耦合模型可以准确描述装置的运动过程,建模与仿真的误差在5%以内.驻极体减振俘能装置对参数变化十分敏感,且副结构刚度、初始间距等对减振俘能性能的影响都明显强于副结构阻尼.经过优化,本文设计的驻极体减振俘能装置,能够兼顾减振和俘能需求,可以实现接近于理想动力减振器的减振效果,也可以在牺牲15%减振效果前提下,获得1700 V输出电压和3.1 m W俘能功率.本文建立的机电耦合模型和动态静电力解析模型,有助于理解驻极体减振俘能机构的工作原理,揭示了非线性静电力的变化过程和作用机理.     

基于耦合算法的三维复杂结构冲击动力学特性

光滑粒子流体动力学-有限元耦合算法（SPH-FEM）较好地结合了SPH和FEM的优势,近年来逐渐被引入冲击动力学相关问题研究中。然而早期的研究对象多为单一材料的简单结构,所取得的研究成果距离实际工程应用仍有一定差距。为此,在总结前人工作的基础上,对SPH-FEM耦合算法进行适当改进,通过引入复合材料损伤模型,对复合材料蒙皮结构飞行器舱段结构进行建模计算,分析其在爆炸冲击激励下的冲击动力学特性。将数值计算结果与试验结果进行对比分析,验证该算法和模型的有效性和准确性,初步实现SPH-FEM的工程实际应用。最后总结了复合材料蒙皮结构飞行器在爆炸冲击激励下的一系列结构动态响应规律,以期为航天飞行器结构设计与防护提供参考。