引导混沌运动到周期运动的自适应控制策略

提出一种自适应控制策略，对控制参数作线性反馈将非线性动力系统由混沌运动引导到指定的周期运动．所解决的关键问题是将反馈控制强度的确定转化为扩维相空间中的极点配置问题．给出了将该策略用于控制Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射和受迫Ｄｕｆｉｎｇ振子的仿真．     

集中载荷作用下弹性球壳大范围非线性问题

采用有限元法中的伪弧长法研究了集中载荷作用下弹性球壳轴对称大范围非线性问题，变形的范围从初始状态到壳体完全翻转．文中作了计算结果与实验结果的比较     

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介绍了运动机器人针对动态变化环境的运动控制与决策(如运动障碍物规避,运动 目标跟踪等)问题. 分别从速度空间控制决策的角度分析阐述了运动 决策的基本方法,以及各自的特点. 提出了关于随机运动障碍物与目标的避障问题以及解 决思路,从而建立起基于概率分析的全局优化的速度避障决策方案. 通过仿真试验说明了方 法的有效性,并与传统非概率分析的实时局部决策的方法进了比较与评价.     

多洞室对矢量波散射引起半空间表面位移的边界元解

采用边界元方法研究了半空间中近表面多洞室对矢量波的散射问题,给出了以全空间格林函数为基本解且半空间表面离散的边界积分方程,在这一边界各分方程中,较好的消除了主值积分,在半空间表面进行离散时,采用无限单元与有限单元相结合的方法,大大减少了计算量,提出了精度。     

轮式移动机器人非完整运动规划的最优控制方法

本文讨论轮式动机器人非完整运动的最优规划问题,利用约束与最优控制理论建立数学模型,考虑系统的非完整约束特性,提出轮式移动机器人运动规划的最优控制算法。通过数值仿真,表明该方法的有效性。     

图形处理器在大规模力学问题计算中的应用进展

现代图形处理器(graphics processing units,GPU)具有较强的并行数值运算功能.该文简单介绍了GPU的硬件结构,基于GPU通用计算的数据结构和实现方法,以及用于编写片元程序的OpenGL着色语言.介绍了应用GPU计算大规模力学问题的研究进展.简要介绍了以下内容:应用GPU模拟自然界的流体现象,其实质是使用有限差分法求解Navier-Stokes方程;应用GPU实现有限元法计算,使用基于GPU的共轭梯度法求解有限元方程组;应用GPU实现分子动力学计算,用GPU计算原子间短程作用力,并生成邻近原子列表;应用GPU实现量子力学Monte Carlo计算;应用GPU实现n个物体的引力相互作用,用GPU纹理存储n个物体的位置、质量、速度和加速度等.对基于图象处理器和中央处理器的计算作比较,已完成了以下基于GPU的计算:实现求解线性方程组的高斯消元法和共轭梯度法,并应用于大规模的有限元计算;加速无网格法计算;加速线性和非线性分子结构力学方法计算;用于计算分析碳纳米管的力学性能.指出GPU在大规模力学计算中的研究方向.     

漂浮基空间机械臂关节轨迹跟踪的增广鲁棒控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题.基于增广变量法,解决了空间机械臂系统的控制方程关于系统惯性参数的非线性化问题;保持了控制方程关于系统惯性参数的线性关系.在此基础上,针对系统载荷参数不确定的情况,提出了关节空间轨迹追踪的增广鲁棒控制方法,并应用Lyapunov直接方法证明了提到的控制方案能使系统满足渐近稳定性条件.通过仿真运算,证实了方法的有效性.     

分布式运动约束下悬臂输液管的参数共振研究

输液管道结构在航空、航天、机械、海洋、水利和核电等工程领域都有广泛应用,其稳定性、振动与安全评估备受关注.针对具有分布式运动约束悬臂输液管的非线性动力学模型,分别采用立方非线性弹簧和修正三线性弹簧来模拟运动约束的作用力,研究了管道在脉动内流激励下的参数共振行为.首先,从输液管系统的非线性控制方程出发,利用Galerkin方法进行离散化;然后,由Floquet理论得出线性系统在失稳前两个不同平均流速下脉动幅值和脉动频率变化时的共振参数区域;最后,考虑系统的几何非线性项和分布式非线性运动约束力的影响,求解了管道的非线性动力学响应,讨论了非线性项及运动约束力对管道参数共振行为的影响.研究结果表明,系统非线性共振响应的参数区域与线性系统的共振参数区域是一致的,分布式运动约束力对发生参数共振时管道的位移响应有显著影响;立方非线性弹簧和修正三线性弹簧模型所预测的分岔路径存有较大差异,但都可诱发管道在一定的参数激励下出现混沌运动.      

THE USE OF STATISTICAL TOOLS TO CONTEND WITH VARIABILITY IN ENGINEERING

In summary, the statistical series of Experimental Techniques will cover a wide range of topics and methodologies. The intent of the series is to widen the engineer's use of statistical techniques through a number of articles based on theory, examples, and case studies. Topics to be covered will include statistically designed experiments, variance components, control charting, distribution tests, bootstrap methods, and probabilistic design. Other topics such as graphical techniques for exploratory data purposes, statistical intervals, and discriminate analysis through the use of frequency domain data may also be covered as well. Hopefully, the articles will prove to be informative and provide enough detail for the engineer to go beyond the calculation of a mean and a standard deviation in their daily analysis of data. A listing of future articles follows.     

THE ROBUST CONTROL SCHEME FOR FREEFLOATING SPACE MANIPULATOR TO TRACK *THE DESIRED TRAJECTORY IN JOINTSPACE

The control of a free-floating space manipulator system is discussed. With the augmentation approach, the nonlinear parameterization problem of the dynamic equations of the space manipulator system is overcome. Based on the results, the robust control scheme for free-floating space manipulator with uncertain payload parameters to track the desired trajectory in jointspace is proposed, and the global convergence of the tracking is verified by using the Lyapunov method. The proposed control scheme is computationally simple, because we choose to make the controller robust to the uncertain inertial parameters rather than explicitly estimate them online. In particular, it needn't control the position and attitude of the floating base. A two-link planar space manipulator system is simulated to verify the control scheme proposed. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872032), Aeronautical Science Foundation, and Science Foundation of Fuzhou University.     

振动驱动移动机器人直线运动的滑移分岔

近年来,随着移动型机器人设计技术水平的不断提高,其运动形式日趋多样. 借助于仿生学的思想,模仿蚯蚓等动物的蠕动成为不少机器人设计者所追求的目标. 为了实现这一目标,学者们提出并研究了振动驱动系统. 本文研究了各向同性干摩擦下,单模块三相振动驱动系统的粘滑运动. 考虑到库伦干摩擦力的不连续性,振动驱动系统属于Filippov 系统. 基于此,运用Filippov 滑移分岔理论,分析了振动驱动系统不同的粘滑运动情况. 根据驱动参数的不同,系统运动的滑移区域被分成4 种基本情形. 对这些情形分类讨论,得到系统的6 种运动情况. 然后对这6 种运动情况进行归纳,最终得出系统一共存在4 种不同的粘滑运动,而且也解析地给出了发生这4 种粘滑运动的分岔条件. 分岔条件包含系统的3 个驱动参数,通过变化这些参数,得到了系统运动的分岔图. 借助分岔图,详细分析了随着驱动参数的变化,系统如何实现不同粘滑运动类型之间的切换,并从分岔角度给出了相应的物理解释. 最后,通过数值方法直接求解原运动方程,数值解法得到的4 种运动图像与理论分析一致,验证了系统运动分岔研究的正确性.      

THE USE OF VISCO-ELASTOPLASTIC DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL TO SIMULATE NONLINEAR BEHAVIOR OF CONCRETE

A visco-elastoplastic damage constitutive model is proposed for simulating nonlinear behavior of concrete. Based on traditional plastic theory, the irreversible deformation is simulated in effective stress space. In order to reflect different stiffness degradation mechanism of concrete under tensile and compressive loading conditions, both tensile and compressive damage variables are introduced, and then on the basis of energy release rate, the model is firmly derived within the concept of irreversible thermodynamics. The rate-dependent model is considered by introducing viscous regularization into the inelastic strain and damage variable, and combined with an additional elastic condition. Fully implicit backward-Euler algorithm is used to perform constitutive integration. Results of numerical examples using the proposed model agree well with test results for specimens under uniaxial tension and compression, biaxial loading and triaxial loading. Failure processes of single-edge-notched (SEN) beam and double-edge-notched (DEN) specimen are also simulated to further validate the proposed model.     

用 KHT 状态方程计算炸药爆轰参数

调整了部分气态爆轰产物的ＫＨＴ状态方程参数及游离Ｃ的Ｃｏｗａｎ状态方程参数，应用新参数计算了典型单质炸药、混合炸药和燃料空气炸药的爆轰性能。结果表明，应用新参数得出的炸药爆轰性能更加接近实验值；对于含铝炸药，与文献相比，计算结果不仅与实验相符，而且体现了铝为高能添加剂的特点。     

用边界元法求一般截面的弯曲中心

使用Saint-Venant弯曲理论,将一般截面柱体的横向弯曲问题,归结为解两个同类型的边界积分方程,并用此求得了柱体的弯曲函数和附加扭转函数,在此基础上,可用边界元法确定一般截面的弯曲中心。最后为了说明方法的应用,给出了一个数值算例。     

如何在教学中培养学生的思维和能力（1）：观察与思考

教育的本质是培养学生思维和解决问题的能力。力学课程强调基本概念、基本理论和基本方法,但课程中概念多、公式多,是工科比较难学的课程之一。教学中可以设计一些启发性的案例,既与学生所学知识有关,又生动有趣、富有哲理,让学生了解抽象理论如何运用于实践、学会处理复杂问题的方法并获得超越知识的智慧。本文介绍了自行车运动、跳高运动及跳水运动中的现象,并分别从参考系、质心运动定理、动量矩守恒的角度解释了这些现象背后的力学原理,以及带给我们的启示。

     

爆炸荷载作用下三相饱和土中气体运动的几个影响因素分析

三相饱和土中的气体含量是决定爆炸波在其中传播的最重要因素，但目前理论上对其中气体运动的描述还不够准确。对影响三相饱和土应力应变关系递增硬化段气体运动的几个因素，包括表面张力、气泡周围介质的粘性和压缩性等进行了描述，并通过数值分析确定这些因素的影响程度。计算结果表明气泡表面张力和气泡周围介质的压缩性对气体运动的影响可以忽略不计，而气体本身的压缩特性和气泡周围介质的粘性是影响气体运动的主要因素。     

如何在教学中培养学生的思维和能力（4）：类比与联想

类比和联想是一种创造性思维模式。类比通过对两个不同的对象进行比较,找出它们的相似点,然后以此为依据,把关于其中一个对象的结论推及另一对象。联想则是由某一概念、规律、理论等而引起其他相关的概念、规律、理论等。本文介绍了桁架由来的背景、转动惯量不同的处理方法以及卫星自旋稳定等三个案例,分别涉及材料的力学性能及提高材料效率的思路、张量在不同学科中的表现形式,以及自然界现象中隐藏着最大轴自旋稳定的原理。通过类比和联想,可以让学生更容易融会贯通,举一反三。