大型离轴三反空间相机前框架优化设计与试验

为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度,针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点,设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构,并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机,并对整机进行有限元分析.结果表明,光轴呈水平状态,次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″,次镜相对于主镜的偏心为0.021mm,均在光学系统公差要求范围内.此外,对前框架结构进行自由模态分析与试验,结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷,能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考.     

多档输电线非线性建模及面内自由振动分析

考虑边界条件和耦合连接条件,基于Hamilton变分原理,建立了多档输电线结构的精细化动力学模型。对两档输电线系统的特征值问题进行了研究;根据面内特征值方程,确定结构的模态函数,分析了垂跨比、跨度比等参数对面内固有频率的影响。研究结果表明,随着跨度比和垂度比的增大,各档之间横向振动耦合增强,模态频率会发生频率穿越现象。本文结合模态局部化因子描述体系的局部模态、整体模态、混合模态行为,输电线档间通过连续条件耦合,产生混合模态。结果表明,在Veering区和频率穿越区附近,某些频率接近相等,存在1:1内共振和2:1内共振模式。     

气液两相环状流诱发管道振动模型研究

根据两相流动过程中弹性恢复力、离心力、科氏力、惯性力的平衡关系,并考虑因管道弯曲产生的非线性因素,建立了气液两相环状流诱发两端简支管道振动的模型;采用Galerkin方法对模型进行离散化处理,得到了系统的非线性矩阵方程。通过对方程系数矩阵线性部分的求解,具体分析了不同折算流速以及不同弹性模量下管道前四阶模态的量纲归一化特征值的实部及虚部之间的变化规律。结果表明:当折算液速一定时,随着折算气速的增大,管道系统的前4阶固有频率会不断减小;在不同的折算液速下,随着折算气速的增大,管道系统会呈现不同的状态;管道的弹性模量对管道的振动也有着较大的影响。通过对整个方程的求解,分析了管道横向振动位移的规律。研究结果表明:弹性模量较小时,管道的振动位移情况较为复杂;而弹性模量较大时,在同样的折算流速下,管道在平衡位置做振幅较小的周期性往复运动。     

基于l_2范数的EMD滤波方法在光纤陀螺信号中的应用（英文）

光纤陀螺的随机漂移限制了惯性导航系统的精度,如何减小它是一项非常艰巨的任务。结合经验模态分解(EMD)和信号与模态之间的概率密度函数,提出了一种新型的依赖Hurst指数的信号滤波方法。当H0.5时,利用l_2范数选择出相关模态,累加并形成的部分重构方法来对光纤陀螺的信号进行滤波;当H≥0.5时,间隔阈值的经验模态(EMD-IT)被引入对相关模态进行滤波,之后按照部分重构的方法对光纤陀螺的信号进行滤波;称为混合的EMD-pdf和EMD-IT。与其它的滤波方法进行对比,如基于相关函数的EMD部分重构(EMD-cor),基于概率密度函数的EMD部分重构(EMD-pdf),仿真信号和实际数据结果表明,该混合模型的优越性,有效减小了光纤陀螺的随机误差。     

硅微机械陀螺仪频率调谐控制系统设计

硅微机械陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其结构机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺结构处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大峰值且噪声和分辨率等指标可得到有效提高。提出了一种基于正交信号和驱动位移相位差的鉴相控制方法,以判断陀螺结构是否处于频率调谐状态,并通过调节检测模态刚度达到频率调谐目的。首先,介绍了陀螺结构检测模态谐振频率调节的原理,并结合结构参数量化分析了频率调节范围。其次,分析了鉴相控制方法,并在其基础上设计了频率调谐控制系统,建立了整机系统模型,并对其进行了稳定性分析。最后,结合整机模型进行了仿真,采用所提出的方法可实现(Δf)的快速、稳定、自主调节,系统的标度因数指标调谐前后分别为13.1 m V/(°/s)和220.6 m V/(°/s),大大提高了结构的机械灵敏度,验证了设计方案。     

剪切可变形梁非线性静态响应的精确解

本文给出了纵横向载荷作用下,梁非线性静态问题的精确解。基于非线性一阶剪切变形梁理论,导出了梁非线性静态问题的基本方程。将三个非线性方程化简为一个关于横向挠度的非齐次四阶非线性积分-微分方程,当只有轴向载荷作用时,该方程和相应的边界条件构成微分特征值问题。直接求解该方程,得到了梁非线性静态变形闭合形式的解,这个解显式地给出了梁的变形与外载荷之间的非线性关系,描述了梁变形后的非线性平衡路径。利用这个解,得到了梁临界屈曲载荷的一阶结果与经典结果。为考察载荷、长高比以及边界条件的影响,根据得到的解析解给出了一些数值算例,并讨论了梁不同阶屈曲模态下非线性静态响应的一些性质。结果表明:对应于方程特征参数λ的不同取值区间,梁的轴向载荷-挠度曲线有不同的解支;而对应于参数λ的同一取值区间,梁分别对应两个不同的屈曲模态。     

一种数据驱动的翼型流动转捩预测方法

研究翼型绕流的转捩预测方法,对于翼型流动细节的精确模拟和气动力的准确计算以及精细化设计均具有十分重要的意义.采用动模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）代替线性稳定性理论（linear stability theory,LST）与eN方法结合,不需要求解稳定性方程,成为一种数据驱动的翼型边界层转捩预测新方法,称为DMD/eN方法.在原有方法的基础上,改进了DMD网格线生成方法和扰动放大N因子的积分策略,并将RANS求解器与改进的DMD/eN方法进行耦合,实现了翼型定常绕流转捩预测自动化.采用该方法对LSC72613跨声速自然层流翼型以及NLF0416低速自然层流翼型在不同攻角下的绕流进行转捩预测,转捩点计算结果均与实验值和LST/eN方法吻合良好.该方法计算得到的N值增长曲线与LST/eN方法的包络线也较为吻合,进一步验证了积分策略的正确性.改进的DMD/eN方法可作为自然层流翼型设计的新的有力工具.      

热应力作用下结构声-振耦合响应数值分析

考察飞行器结构热应力对结构及其内声腔声-振耦合特性的影响,建立考虑热应力因素的声-振耦合动力学有限元方程,对一个典型飞行器结构考虑热应力时的声-振耦合动力学响应进行分析。计算结果表明,热应力的存在对耦合模型的固有频率影响较小,受热应力影响较大的区域主要集中在机头及机身等部位,其固有振动特性有较明显的变化。通过对比结构加速度与内声腔声压级的响应结果发现,热应力的影响主要表现为系统响应幅值及峰值位置的改变。     

压电质量传感器检测灵敏度分析

压电质量传感器是一种利用压电谐振器对质量的敏感性,通过谐振器吸附待测物后频率的变化实现对被测物质进行检测的传感器。由于附着物质引起的质量变化很小,因此测试精度将强烈依赖于结构频率对质量变化的敏感程度,而敏感程度与传感器感知部分的几何尺寸密切相关。本文主要研究压电材料悬臂梁式质量传感器的检测敏感度分析问题,推导传感器自振频率变化对质量变化的灵敏度与传感器各部分结构几何尺寸设计参数依赖关系的计算格式,并讨论了结构尺寸、截面形状以及谐振模态对传感器检测灵敏度的影响。     

应用经验模态分解和独立成分分析解译岩矿光谱

岩矿光谱由多种矿物光谱混合而成,解译岩矿光谱能够得到岩矿的组分信息,且该方法具有快速、方便、不损坏样品的特点。经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)不能直接分离出混合信号中的源信号,独立成分分析(independent component analysis, ICA)要求混合信号数目不小于其所包括的源信号数目。将EMD和ICA两种方法相融合,首先用EMD分解混合信号得到本征模态函数(intrinsic mode function, IMF),再选择一定数目的IMF与混合信号一起组成ICA的输入数据矩阵,经过ICA运算可以获取单一混合信号中的源信号信息,克服了EMD和ICA两种方法各自的缺陷。研究表明,综合应用EMD和ICA方法可以获取单一混合信号中的源信号信息,混合信号中源信号含量越大,得到的源信号近似值越理想。参与ICA分离的IMF数目决定了分离得到的源信号近似值的数目,并且选择的IMF与混合信号相关系数越大,得到的源信号近似值越理想。运用该方法定量分析岩矿光谱,可以获取组成岩矿的矿物信息,比较适用于野外作业岩矿的快速分析鉴定及成分初步分析。