单侧变截面辊弯成型装备动力学建模与分析

机械系统的动力学建模与分析对深入研究和改善系统性能具有理论指导意义。针对四自由度单侧变截面辊弯成型装备,建立了该系统基于拉格朗日方程的动力学模型。通过求解系统微分方程组得到了驱动电机角加速度以及角速度的表达式。计算出在确定载荷下,该系统驱动电机的角加速度以及角速度的变化曲线,为伺服电机的控制以及系统的结构优化奠定了基础。     

变截面梁弯曲切应力分析

从一般情况出发在继承经典的弯曲正应力公式前提下,应用静力边界条件与微体平衡方程导出变截面梁的弯曲切应力公式.结果与有限元解基本吻合,而传统材料力学方法与之相差甚远.     

变截面梁弯曲切应力分析

从一般情况出发在继承经典的弯曲正应力公式前提下,应用静力边界条件与微体平 衡方程导出变截面梁的弯曲切应力公式. 结果与有限元解基本吻合,而传统材料力学方 法与之相差甚远.     

变截面爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型

考虑爆炸成型弹丸(explosively-formed projectile,EFP)变截面的特性,基于流体力学Bernoulli方程和绝热剪切理论,改进了EFP垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型,结合已有的试验数据和数值仿真方法检验了改进后模型的准确性。在此基础上,分析了靶板厚度和EFP着靶速度对靶板和EFP产生的靶后破片质量的影响规律。结果表明:相比于改进前的模型,改进后的模型能够更准确地解释靶板和EFP产生的靶后破片质量随靶板厚度和EFP着靶速度的变化规律;当EFP着靶速度为1 650 m/s时,随着靶板厚度从30 mm增大到70 mm,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断增强;当靶板厚度为40 mm时,随着EFP着靶速度从1 650 m/s升高到1 860 m/s,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断减弱。     

动力猫道提升过程动力学建模与分析

举升式动力猫道在提升过程中,拉力的变化较大,设计时需要确定提升过程中拉力的变化规律以及所需的最大拉力值.基于此,结合动力猫道提升过程的边界条件,推导了动力猫道提升各阶段的几何方程,应用达朗贝尔原理建立了4个阶段的动力学方程.通过建立的4个阶段的动力学模型,采用C#软件调用Matlab程序求解方程,编写了动力猫道提升动力学的软件.应用该软件分析了所设计动力猫道提升过程中拉力的变化规律,并对其规律进行了分析,相关计算结果表明所设计的动力猫道满足现场使用的要求,为动力猫道的现场使用提供了重要的参考,为动力猫道进一步的优化、性能提升奠定了基础.     

变截面多稳态梁结构减振吸能分析与优化设计

基于多稳态梁结构具有吸能且可重复使用的特点,本文研究包含变截面多稳态梁的单胞结构及其周期性排布的减振吸能效应及其优化设计方法。对多稳态结构进行考虑几何非线性的位移加载/卸载有限元仿真,根据其载荷-位移曲线分析多稳态结构的减振吸能原理,并研究串联与并联周期性排布形式对结构整体吸能特性的影响规律。研究基于多参数调控的变截面梁结构形状表征方法,根据多稳态结构储能特点建立变截面多稳态单胞结构的结构优化模型,通过求解优化问题获得总质量不变条件下最优变截面梁结构形状。进一步地通过对优化结果的有限元分析验证优化的有效性,并对结构进行瞬态冲击荷载下动响应分析,证明多稳态结构的冲击保护作用。     

变后掠翼的参变气动弹性建模与分析

参变气动弹性建模是可变后掠翼气动弹性研究中的难点之一. 当地建模技术是一种构造线性参变 (LPV) 模型的实用方法, 但一直缺乏有效途径来解决当地气动弹性模型的不一致问题. 气动弹性模型的不一致性体现在当地结构动力学模型和非定常气动力模型随参数变化的不连续性. 本文提出了一种自下而上的方法, 对变后掠翼不一致的当地气动弹性模型进行了一致性处理. 首先, 采用匈牙利算法跟踪结构模态并按模态分支进行排序, 使得匹配后的模态能够保证结构动力学模型的一致性; 其次, 对有理函数拟合表达式中的系数矩阵进行缩放处理, 解决了空气动力系数矩阵的不一致问题. 采取上述两项措施后, 最终生成了一致的当地状态空间气动弹性模型. 这样, 对一致的状态空间模型进行插值, 就可快速生成任意后掠角下的气动弹性模型, 使得系统的稳定性分析和慢参变响应计算得以高效进行. 数值仿真结果验证了一致性处理的必要性:未经一致性处理的原始模型经插值后得到的模型会出现严重的模型误差. 本文为变后掠翼的参变气动弹性系统建模提供了一种实用、准确和高效的建模方法.      

燃料消耗下充液航天器等效动力学建模与分析

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式, 主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动; 复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式, 同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段. 本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展, 考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化, 提出了变参数的刚体摆复合模型, 该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题. 采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后, 基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组, 并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析. 研究表明: 液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移, 当航天器在执行零冲量机动时, 燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零; 贮腔偏心布放时, 航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为, 进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.      

踝关节外骨骼人机耦合动力学与助力性能分析

踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩, 因此在下肢增强型外骨骼的研究中, 踝关节外骨骼受到了重点关注. 穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题, 但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段. 本文以绳驱踝关节外骨骼为研究对象, 融合机器人正运动学方法和拉格朗日方程建立了考虑足?地交互力、人体关节力矩和外骨骼力矩的人?机耦合动力学模型. 模型中, 足?地交互力由Kelvin-Voigt模型结合库伦摩擦模型描述, 人体关节力矩由基于粒子群优化的PD控制生成, 外骨骼期望力矩由上层控制器依据人体步态周期确定. 通过基于模型的动力学仿真, 本文从人体踝关节角度、踝关节力矩、踝关节功率和踝关节做功多个角度系统分析了踝关节外骨骼对人体行走的助力效果. 研究表明, 在2.0 km/h到6.5 km/h的人体步行速度下, 穿戴外骨骼可以实现至少24.84%的人体踝关节平均力矩下降和至少24.69%的踝关节做功下降. 本文也开展了基于SCONE平台的肌肉骨骼建模和预测仿真. 仿真结果表明, 在3.6 km/h的步行速度下, 穿戴外骨骼可以有效降低比目鱼肌的激活度峰值, 并使肌电信号的RMS值下降了6.21%, 从而从生理学的角度证实了踝关节外骨骼的助力效果. 本文的结果进一步完善了人体下肢?外骨骼耦合系统的动力学建模和分析方法, 从动力学和生理学角度证实和解释了踝关节外骨骼对行走的助力机制, 也为今后下肢外骨骼的实验研究提供了理论支撑.      

深海采矿机构转臂动力学建模与力学分析1)

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。     

THE GENERAL SOLUTION FOR DYNAMIC RESPONSE OF NONHOMOGENEOUS BEAM WITH VARIABLECROSSSECTION

ＴＨＥＧＥＮＥＲＡＬＳＯＬＵＴＩＯＮＦＯＲＤＹＮＡＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＯＦＮＯＮＨＯＭＯＧＥＮＥＯＵＳＢＥＡＭＷＩＴＨＶＡＲＩＡＢＬＥＣＲＯＳＳＳＥＣＴＩＯＮＪｉＺｈｅｎ－ｙｉ（纪振义）（ＡｎｈｕｉＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｌｌ...     

Magnetohydrodynamic pipe flow in ducts with partial circular ring cross section and annular cross section

In this paper we use the Green function method to solve the problem of steady one dimensional flow of an incompressible viscous, electrically conducting fluid through a pipe with partial circular ring cross section and one with annular cross section, in the presence of an applied transverse uniform magnetic field. We obtain analytic solutions and carry out some numerical calculations of the velocity distribution and induced magnetic field.     

Stability of stratified shear flows in channels with variable cross sections

For the instability problem of density stratified shear flows in sea straits with variable cross sections, a new semielliptical instability region is found. Furthermore, the instability of the bounded shear layer is studied in two cases: (i) the density which takes two different constant values in two layers and (ii) the density which takes three different constant values in three layers. In both cases, the dispersion relation is found to be a quartic equation in the complex phase velocity. It is found that there are two unstable modes in a range of the wave numbers in the first case, whereas there is only one unstable mode in the second case.     

Nonlinear analysis of beams of variable cross section,including shear deformation effect

In this paper the analog equation method (AEM), a BEM-based method, is employed for the nonlinear analysis of a Timoshenko beam with simply or multiply connected variable cross section undergoing large deflections under general boundary conditions. The beam is subjected in an arbitrarily concentrated or distributed variable axial loading, while the shear loading is applied at the shear center of the cross section, avoiding in this way the induction of a twisting moment. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Five boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, the axial displacement and to two stress functions and solved using the AEM. Application of the boundary element technique yields a system of nonlinear equations from which the transverse and axial displacements are computed by an iterative process. The evaluation of the shear deformation coefficients is accomplished from the aforementioned stress functions using only boundary integration. Numerical examples with great practical interest are worked out to illustrate the efficiency, the accuracy and the range of applications of the developed method. The influence of the shear deformation effect is remarkable.     

Shear deformation effect in non-linear analysis of composite beams of variable cross section

In this paper the non-linear analysis of a composite Timoshenko beam with arbitrary variable cross section undergoing moderate large deflections under general boundary conditions is presented employing the analog equation method (AEM), a BEM-based method. The composite beam consists of materials in contact, each of which can surround a finite number of inclusions. The materials have different elasticity and shear moduli with same Poisson's ratio and are firmly bonded together. The beam is subjected in an arbitrarily concentrated or distributed variable axial loading, while the shear loading is applied at the shear center of the cross section, avoiding in this way the induction of a twisting moment. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Five boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, the axial displacement and to two stress functions and solved using the AEM. Application of the boundary element technique yields a system of non-linear equations from which the transverse and axial displacements are computed by an iterative process. The evaluation of the shear deformation coefficients is accomplished from the aforementioned stress functions using only boundary integration. Numerical examples are worked out to illustrate the efficiency, the accuracy, the range of applications of the developed method and the influence of the shear deformation effect.     

Stress analysis of noncircular cylindrical shells with cross section in the form of connected convex half-corrugations

An approach is developed to solve the stress-strain problem for noncircular cylindrical shells with complex cross section in the form of connected convex half-corrugations. Numerical results are presented __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 4, pp. 73–82, April 2006.     

可伸长变截面杆的弹性过屈曲模型及其数值解

在Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ基本假设下,基于轴线可伸长弹性杆的几何非线性理论,建立了一端简支另一端固定夹紧变截面直什的过屈曲控制方程,并应用打靶法直接数值求解相应的强非线性过值问题,获得了数值意义上的精确解。     

变截面欧拉梁自由振动分析的重采样微分求积法

采用重采样微分求积法求解了变截面欧拉梁的自由振动问题。推导了变截面梁的控制方程离散格式,采用重采样矩阵方法对边界条件进行处理,给出了变截面梁自由振动算法。采用本文方法对不同类型截面形式和不同边界条件的变截面梁进行自由振动分析,并和其他解法进行比较。计算结果表明,本文方法可以适用于不同变截面类型和不同边界条件,计算精度与解析解吻合良好,具有良好的收敛性能。在同等精度条件下网格点数少于现有计算方法。重采样转换矩阵边界处理方法相比于传统边界处理方法具有更快的收敛性能。     

超空泡横截面独立膨胀原理解析及其应用

应用能量守恒定律阐释了空泡横截面独立膨胀原理,推导了空泡横截面面积与水中运动物体的相对速度及空化数之间的关系式,对Logvinovich给出的公式作了进一步的完善和扩充,并在此基础上研究了若干种非定常条件下,圆盘后部有限轴对称超空泡长度和形态的非定常变化过程,通过数值算例说明了方法的可行性。本文结论可为水中超空泡航行体的设计提供理论参考,对相关数值计算有重要理论指导意义。