万向支架陀螺与自旋卫星的耦合运动

本文使用相坐标摄动方法讨论万向支架陀螺与自旋卫星的耦合运动,将万向支架的惯性力矩作为对陀螺及卫星的Euler-Poinsot运动的摄动。导出陀螺与卫星的耦合章动漂移公式,周知的Magnus公式是卫星无章动时的特例。文中还讨论了章动同步现象,并导出轴承粘性摩擦引起陀螺与卫星的章动阻尼运动的稳定性判据。     

弹性关节空间机械臂级联智能滑模控制

谐波减速器和力矩传感器等柔性元件因其独特性能而广泛应用在空间机器人关节系统中,以获取高减速比．但同时这些柔性元件的存在为空间机械臂系统引入了关节柔性,使得对其稳定控制变得更为复杂．基于此,文中讨论了基于自适应回归小波神经网络(Self-Recurrent Wavelet Neural Networks, SRWNN)的弹性关节空间机械臂系统动力学建模及级联智能滑模控制．首先,利用级联系统理论及第二类拉格朗日方法推导出了由外环刚性臂子系统和内环关节电机转子子系统组成的系统级联动力学模型;其次,为两个子系统分别设计了内、外环自适应滑模回归小波神经网络控制．外环控制算法以期望轨迹为控制量,而其控制信号作为抑制弹性关节振动的内环控制算法的控制量,整个控制系统由内、外环控制系统叠加而成;而后,基于Lyapunov稳定性理论证明了整个控制系统的稳定性并设计了自适应回归小波神经网络的各权值参数在线学习算法．所提的控制算法有效地消除了模型不确定的影响,避免了复杂的求导计算和角加速度可测的要求,同时,控制系统设计过程中未涉及惯常奇异摄动双时标分解操作,在理论上适合任意大小的关节柔性刚度．最后,系统对比仿真试验证明了所提的级联智能控制算法优于惯常基于奇异摄动法和基于柔性铰补偿奇异摄动法的控制方案．     

基于非线性级联系统的弹性关节空间机器人新型滑模控制

研究了双臂弹性关节空间机器人的改进型非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)设计、新型自适应动态终端滑模控制和弹性振动抑制问题.首先,考虑空间机器人的关节弹性,基于非线性级联系统的结构建立弹性关节空间机器人模型,分为外环机械臂动力学和内环关节动力学,具有渐近稳定性.针对外...     

套索式黏滞阻尼器位移放大系数的理论和实验研究

考虑了支撑杆弹性变形的影响,提出了精确计算套索式黏滞阻尼器位移放大系数的方法;借助SAP2000分析软件,研究了套索式黏滞阻尼器在不同工况下放大系数的变化情况,并通过试验对理论分析和模拟结果进行了验证。研究结果表明:套索式黏滞阻尼器的实际位移放大系数小于刚性理论计算值,支撑杆的弹性变形应予以考虑;在其他条件一定的情况下,位移放大系数随加载频率的增大而减小。本文提出的方法考虑了支撑杆件的刚度,能够更加合理地计算套索式黏滞阻尼器的位移放大系数。     

迴轉仪的运动稳定性問題

回转仪的运动稳定性问题,具有实际的意义。例如,在飞行器的飞行自动控制中,就需要两个保持稳定运动的回转仪,它们的外环的轴,一个是垂直的,一个是水平的。 最近有许多工作用不同的方法讨论了这两种情形下回转仪运动的稳定条件。文献[2—4]研究了外环的轴为垂直寸的情形,文献[5]研究了外环的轴为水平的情形。作者     

功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确分析

本文对周边为广义刚性滑动和广义简支两种边界条件下的功能梯度压电材料圆板自由振动问题进行分析。根据轴对称横观各向同性压电材料基本方程,并利用有限Hankel变换得到了功能梯度压电材料圆板的状态空间方程。假设材料的机械和电学性质均沿板厚方向按统一的指数函数形式梯度分布,从而获得了周边为广义刚性滑动和广义弹性简支两种边界条件下功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确频率方程,该方程是一个关于自由振动频率的超越方程,通过求解该超越方程可得到在不同板厚以及不同的材料性质梯度变化情况下的圆板自由振动频率值,结果表明在相同的材料性质梯度变化情况下频率均随着板厚增加而增大,而在相同的板厚情况下频率则随材料性质梯度变化指数的增大而减小的结论。     

关于Euler-Bernoulli梁几何非线性方程的讨论

采用Lagrange描述,导出了轴线可伸长EulerBernoulli梁在大变形状态下的轴向应变、弹性线的曲率以及平衡方程的精确表示式.通过引入轴线伸长率函数,并将变形后轴线的弧长作为基本未知函数之一,不仅精确地计入了轴线伸长,而且还使得问题的求解区间仍然为梁的原长.进一步给出了分别以变形前后的轴线弧长及变形后轴线的纵向坐标为自变量的弹性线的曲率公式,讨论了在不同假设条件下轴线的应变和弹性线曲率的近似表示.     

METHOD OF THE LINEAR ELASTIC BAR CALCAULATION UNDER SMALL DEFORMATION CONDITIONS

先用几何图解法对一简单线弹性杆系变形作分析计算,发现功能原理更可行有效. 方法是假设用一个和载荷P 相垂直的力H（虚拟力）先作用于杆系,根据功能原理导出在载荷P 作用下的位移计算公式. 并把这一方法推广到多个杆件组成的弹性杆系（桁架）中,并建立相应计算公式. 可望实现计算机编程,大大简化这一类问题的工程计算.     

表面波纹度对偏心轮-平面挺杆接触润滑性能的影响

本文采用数值分析方法研究了偏心轮-挺杆副的微热弹性流体动力润滑问题.分析中假设平面挺杆表面分布有余弦波纹,探讨了偏心距和余弦波波长对润滑油膜变化的影响.数值模拟计算结果表明:在偏心轮-挺杆副工作的一个周期里,表面波纹度的存在会导致油膜压力和温度上升.在不同的滑滚比条件下,表面波纹的弹性变形程度不同.在两表面反向运动的半个周期内,随偏心距的增加,滑滚比也增加,导致表面波纹的变形程度降低.在两表面反向运动的半个周期内,波纹的弹性变形程度受“温度-黏度楔”机理的控制.     

受圆柱面约束螺旋杆伸展为直杆的动力学分析

以大型空间结构的可伸展机械臂从折叠状态被释放的伸展过程为工程背景, 分析受圆柱面单面约束的弹性螺旋杆在惯性力作用下恢复为直杆的动力学过程. 对弹性杆空间大变形的分析不允许利用小变形假设进行简化. Kirchhoff动力学比拟理论是研究细长弹性杆超大变形的有效工具. 但由于圆柱面约束的存在, 不能直接利用无分布力的Kirchhoff 模型, 而必须在方程中增加分布的约束力. 以表述截面姿态的欧拉角为变量, 建立受圆柱面约束弹性杆的动力学方程. 在圆柱面约束条件下, 认为弹性杆在伸展过程中仍维持半径不变的螺旋线形态, 仅螺旋线倾角和杆的扭率随时间变化. 对简化后的非线性微分方程导出解析积分, 以描述伸展运动的动力学过程, 导出螺旋杆伸展速度的变化规律, 以及从初始状态伸展为直杆所需时间的简明的解析形式计算公式.      

弹塑性微凸体侧向接触相互作用能耗

传统的结合面研究多基于光滑刚性平面与等效粗糙表面接触假设,忽略了结合面上微凸体侧向接触及相邻微凸体之间的相互作用,这导致理论模型与实际结合面存在较大出入.针对承受法向静、动态力的机械结合面,从微观上研究了微凸体侧向接触及相互作用的接触能耗.将法向静、动态力分解为法向分力和切向分力,获取弹性/弹塑性/塑性阶段考虑微凸体侧接触及相互作用的加、卸载法向分力-变形和切向分力-位移的关系.通过力的合成定理,从而获取加、卸载法向合力与总变形之间的关系,由于法向分力产生的塑性变形及切向分力产生的摩擦,导致加载、卸载法向合力-总变形曲线存在迟滞回线.通过对一个加、卸载周期内的法向合力-总变形曲线积分,获得一个周期的微凸体接触能耗,包括应变能耗及摩擦能耗.仿真分析表明:微凸体在3个阶段的能耗均随变形的增大而非线性增大.微凸体侧向接触角度越大,能耗越大,且在弹性阶段最为明显.在弹性阶段,仅存在侧向的摩擦能耗,故结合面在低载荷作用下必须采用双粗糙表面假设.在塑性阶段,由于微凸体接触能耗为应变能耗,且接触角对其能耗影响甚微,故结合面在大载荷作用下可采用单平面假设对其进行研究.相对于KE和Etsion模型,本文提出的模型与Bartier的实验结果更吻合.     

平面极坐标几何方程的另一种推导法

传统的陀螺仪实用理论建立在Euler方程或Lagrange方程基础上,略去二阶导数后简化为进动方程。陀螺仪的运动认为是缓慢进动与高频章动的叠加。1938年提出了动量矩坐标系和相坐标概念,建立了相坐标的一阶方程组。这种方法适于分析自由转子陀螺仪或自旋卫星的运动。常值相坐标对应于无力矩刚体的Euler-Poinsot运动,陀螺或卫星的实际运动则用相坐标的缓慢摄动来描述。本文指出相坐标摄动方法也适用于万向支架陀螺仪,它比传统方法更容易阐明陀螺仪运动的基本性质。     

复合材料层合板蠕变屈曲与变形的优化问题

将瞬时弹性失稳荷载、持久临界荷载和后屈曲持久变形刚度作为复合材料层合板蠕变屈曲与变形的优化指标,对几组纤维铺设方式进行讨论,构造多目标优化模型,就纤维铺设角进行优化分析.考虑横向剪切变形效应,分别利用Lap lace变换和准弹性方法,导出了这三个优化指标的计算公式.     

万向支架陀螺仪的摄动理论

传统的陀螺仪实用理论建立在Euler方程或Lagrange方程基础上,略去二阶导数后简化为进动方程。陀螺仪的运动认为是缓慢进动与高频章动的叠加。1938年提出了动量矩坐标系和相坐标概念,建立了相坐标的一阶方程组。这种方法适于分析自由转子陀螺仪或自旋卫星的运动。常值相坐标对应于无力矩刚体的Euler-Poinsot运动,陀螺或卫星的实际运动则用相坐标的缓慢摄动来描述。本文指出相坐标摄动方法也适用于万向支架陀螺仪,它比传统方法更容易阐明陀螺仪运动的基本性质。     

计算三维线性粘弹性体的"变刚度——初应变法"

本文讨论各向同性Maxwell体的小变形问题。Maxwell体是弹性元件和阻尼元件串连而成的理想化材料模型。假设物体在初始时刻处于静止和无初应力状态。在不随时间变化的边条件和恒定静载作用下,物体的蠕变发展缓慢,可以忽略惯性力的作用而进行准静态过程...     

MPS-FEM方法模拟弹性船体在规则波中的运动

船舶在海洋中航行时经常会受波浪的作用,在波浪的作用下,船体可能会发生六自由度的运动.在船体运动幅度较小时,可以简单地将船体运动视为刚体运动.但当波浪环境较为剧烈、船体运动幅度较大时,船体可能会发生变形,此时船舶弹性的影响无法忽略.因此,研究弹性船体在波浪中的运动对船舶运动性能和航行安全具有重要的意义.移动粒子半隐式方法 MPS方法是一种基于拉格朗日方法表示的无网格粒子类方法,该方法在模拟具有自由面大变形特征的问题时具有其独特的优势.有限元方法 FEM作为一种传统的并且已被广泛应用的结构求解方法,具有很好的稳定性、准确性和鲁棒性.本文将MPS方法与FEM方法二者的优势结合,基于MPS-FEM耦合方法,使用自主开发的MPSFEM-SJTU流固耦合求解器,模拟刚性船体和弹性船体在规则波中的运动,并分析船体的弹性对船体运动响应的影响.首先模拟刚性船体在不同波长的规则波中的运动,研究规则波波长对船体运动响应的影响.接着分别模拟了刚性和弹性船体在规则波中的运动,结果表明,刚性船体的运动幅值大于弹性船体的运动幅值,而弹性船体船舯附近的压力大于刚性船体.     

非保守功能梯度弹性组合曲梁的精确模型及其数值解

基于直法线假设,采用可伸长梁的几何非线性理论,建立了功能梯度材料弹性组合曲梁受切线均布随从力作用下的静态大变形数学模型。该模型不仅计及了轴线伸长,同时也精确地考虑了梁的初始曲率对变形的影响以及轴向变形与弯曲变形之间的耦合效应。用打靶法数值求解了由金属和陶瓷两相材料所构成的一种FGM组合曲梁在沿轴线均布切向随动载荷作用下的非线性平面弯曲问题,给出了不同梯度指标下FGM弹性曲梁随载荷参数大范围变化的平衡路径,并与金属和陶瓷两种单相材料曲梁的相应特性进行了比较。     

土力学中Mindlin课题的计算探讨

按R.Mindlin在1936年发表的弹性半无限体内一点受集中力作用时,半无限体内应力与变形的计算公式,不难推出深埋基础条件下,地基中应力分布及变形的积分表达式.为简便起见,我们仅讨论垂直方向的法向应力与变形,并限于均布载荷.对于水平方向的法向应力与变形以及剪切应力和其他类型载荷,计算完全类似而不予赘述.     

不可压缩超弹性止水材料的粘弹性计算方法研究

发展改进了研究不可压缩超弹性材料的Mooney-Rivlin公式,把材料参数假设成是随时间变化的粘弹性函数,并讨论了粘弹性函数的推导方法,通过工程实例进行了实验计算,并将计算结果与应力松弛试验进行了比较.结果表明,用改进Mooney-Rivlin公式可以简便有效地计算该类材料的粘弹性问题,为解决工程实际问题提供了新的途径.     

转动基座上陀螺摆的稳定性和分岔

本文讨论转动基座上用万向支架悬挂的陀螺摆的运动，讨论陀螺摆相对框架的可能平衡状态及其稳定性和分岔问题，在参数空间内展示陀螺摆运动的全局运动生态，分析表明在确定条件下陀螺摆偏离垂圻位置的可能性。