基于分析力学的方位径向摆运动特性研究1)

方位径向摆的研究对机械工程领域有非常重要的用途,基于此,本文采用分析力学的方法对影响方位径向摆运行轨迹的因素进行了理论和实验研究。理论上通过建立拉格朗日函数,得到此系统的运动微分方程并对方程进行数值求解,实验上通过Tracker 软件追踪得到方位径向摆的实际运动轨迹,最终发现理论分析得到的杆长、绳长及其初始位置等参数对方位径向摆运行轨迹的影响与实验结果吻合较好。     

两自由度参数激励摆旋转运动分析和实验

研究具有支撑参数激励摆系统的支撑结构振动对摆旋转的影响,其中支撑结构是受到扭簧约束的刚性悬臂梁,参数激励摆与刚性悬臂梁的悬臂段铰接．首先,通过拉格朗日方程建立了系统两自由度的动力学方程．其次,利用多尺度法对建立的模型进行理论分析,得到悬臂梁的振动与上摆不同运动形式的关系,从而得到上摆不同运动形式下的参数平面分类和悬臂梁在上摆转动时的振动频响．最后,通过建立实验装置,观察理论预测,实验结果验证了理论分析的正确性．实验与理论对照得到,当参数激励频率接近悬臂梁的一阶固有频率时,悬臂梁的振幅变大,会破坏摆的转动稳定性．     

一种新的``弹簧振子-单摆'耦合摆研究

介绍了一种新发现的``弹簧振子-单摆'耦合摆. 采用拉格朗日方 程推导出了耦合摆的运动微分方程. 进一步根据耦合摆 的实际参数,利用Matlab软件进行了数值计算,发现耦合摆的弹簧振子振幅与单摆的摆幅此 消彼长,系统的能量在两者之间不断交换,呈周期性变化,与实际符合很好. 通过作出耦合 摆的轨迹图,发现与实际一致. 最后,分析了耦合摆实现的条件.     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。     

基于Gauss伪谱法的3D刚体摆姿态最优控制

研究Gauss伪谱法求解3D刚体摆姿态最优控制问题．针对其最优姿态控制问题,既要满足由任意位置运动到平衡位置姿态运动规划问题,又要满足系统含有动力学约束的力学模型问题,提出基于四元数来描述3D刚体摆的数学模型,建立3D刚体摆姿态的动力学和运动学方程,为了解决3D刚体摆在平衡位置处的姿态最优控制问题,设计基于Gauss伪谱算法的最优姿态开环控制器,得到了3D刚体摆的姿态最优控制轨迹,得到满足的可行解,通过仿真实验验证了其开环解在平衡位置的控制姿态最优性．     

饱和黏土中考虑土塞效应的柱孔扩张分析

为研究静压开口管桩的挤土效应,在考虑土塞效应的前提下,采用柱孔扩张理论对管桩压入饱和软黏土时的扩孔过程进行了分析。基于可以合理描述黏性土强度特性的拓展Lade-Duncan屈服准则,对柱孔扩张过程中的桩周土体进行了弹塑性理论推导,得到了桩周土体应力场、位移场、塑性区半径、极限扩孔压力和塑性区外侧边界径向位移的解析解。在此基础上,通过室内模型实验获得了软土中开口管桩的土塞高度,且运用等效替代法验证了理论解答的合理性;并通过引入土塞长度比对参数进行了分析。结果表明:在沉桩过程中随着土塞长度比的增大,塑性区半径、极限扩孔压力和塑性区外侧边界径向位移均逐渐减小;土体的剪切模量和黏聚力对沉桩挤土效应有显著的影响,挤土效应始终随着土塞效应的增强而减弱。该研究成果对开口管桩工程的实际应用具有一定理论指导意义。     

细长体倾斜出水的实验研究

为了获得细长体倾斜出水空泡生成、发展及溃灭过程,基于高速摄像系统对细长体小倾角倾斜出水过程进行了实验研究。通过对比细长体垂直及倾斜带泡出水过程,分析了倾斜出水过程中体现出的新特征及其影响因素。在此基础上,对不同初始倾角及细长体头型对出水轨迹及姿态的影响规律进行了实验研究:细长体姿态及轨迹变化与其初始倾角并非线性相关,与肩空泡的闭合位置密切相关;细长体头型变钝,其水下运动过程稳定性增加。     

金属材料高压熔化特性研究综述

对研究材料高压熔化曲线的主要实验技术和理论方法进行分析,认为目前对熔化曲线的研究存在的主要问题是：对于复杂相变材料、特别是过渡金属,静压DAC实验和动态冲击实验得到的熔化曲线数据有很大差异,目前没有理论模型可以解释此差异;考虑电子效应对熔化曲线的影响可能帮助解决此问题。     

大展弦比后掠机翼静气弹效应对气动载荷的影响实验与分析

通过实验与理论分析结合的方法,针对静气弹效应对大展弦比后掠机翼气动载荷影响的问题进行了研究。加工了三副刚度各不相同的机翼,在一系列工况中进行风洞实验,对各个模型的气动载荷进行测量,通过对比可以得到机翼弹性对气动载荷的影响量。在理论分析中通过工程梁理论计算弹性机翼变形,通过升力面理论计算弹性变形引起的气动力增量,在二者之间迭代收敛后得到机翼弹性对气动载荷的影响量,并将其与实验结果进行对比。对比结果表明理论分析和实验吻合程度较好,表明了在机翼气动载荷计算中计入静气弹效应后,大展弦比后掠机翼的弯矩会有显著的降低,对于减轻结构重量有重要的意义。     

基于动调陀螺的单轴平台寻北仪及其误差分析

针对实验中发现的某寻北仪方位漂移与固定该寻北仪的载体的初始方位近似成180°周期函数关系的现象,基于动调陀螺单轴平台寻北仪的基本工作原理,导出了陀螺漂移对寻北仪方位稳定性产生影响的微分方程,并就陀螺漂移的各种不同情况对寻北仪方位稳定的影响进行了仿真分析。结果表明陀螺漂移是导致寻北仪系统出现此现象的原因。     

车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法

方位陀螺漂移是影响车载旋转调制惯性导航系统（RINS）精度的重要因素。针对长期使用中方位陀螺温度漂移模型逐渐失效而导致补偿效果下降的情况,提出了一种基于遗忘因子最小二乘的车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法。利用车载实验中停车阶段的速度作为量测,通过Kalman滤波器对方位陀螺漂移进行估计,之后采用遗忘因子最小二乘对陀螺漂移模型进行在线修正。仿真结果表明所提出的方法可以对陀螺漂移模型进行有效修正。车载导航试验表明,车载RINS系统工作一年以上的时间后,利用所提方法对初始的漂移模型修正后,导航过程最大径向位置精度可提升78%,验证了所提出的方法的有效性。     

轻型火箭发射噪声场的分布特性

为了解小火箭发射噪声特性及其在喷口外围的声压场分布规律,针对燃气射流产生噪声问题进行了实验研究和数值计算。讨论了超声速射流噪声的3个主要成分(湍流混合噪声、啸音和宽带激波相关噪声)及相关特点,指出它们产生的根本原因是湍流射流的速度扰动。通过分析不同实验测点的射流噪声声压级峰值,得到了燃气射流噪声在轴向和径向上的分布规律,即随着离喷口距离的增大,轴向噪声的衰减程度大于径向。在实验基础上,利用大涡模拟与FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学比拟相结合的方法对燃气射流噪声的声学特性进行计算。结果表明,此方法获得的计算结果与实验结果吻合较好,可为进一步研究射流噪声控制提供参考。

     

风力机叶片非线性摆振响应及稳定性分析

本文对风力机叶片摆振运动的动态响应以及稳定性进行了分析.基于叶片大挠度摆振运动控制偏微分方程,进行Galerkin截断离散,得到模态方程.通过将摆振位移分解为静态位移和动态位移,得到了静态位移和动态位移方程.使用摄动法对主共振情况下的动态响应进行求解,分析了入流速度比对稳态解和振幅的影响,以及平衡点的稳定性.得到以下结论:当入流速度比处于在某范围内时,叶片摆振运动表现为主共振,在该主共振的区域内,叶片非线性摆振为稳定的周期运动.     

着陆冲击力对起落架摆振的影响

为了分析着陆冲击力对起落架摆振特性的影响,考虑支柱缓冲器的负油孔面积,在ADAMS中建立了某飞机起落架的虚拟样机模型,并对该模型进行了动力学分析,得到了起落架缓冲系统负油孔面积对轮胎与地面之间接触力的影响曲线、对前轮摆角的影响曲线、在不同垂直降落速度下摆幅的对比曲线,并结合摆振基本理论进行分析。结果表明：负油液阻尼孔面积减小或飞机触地垂直降落速度增大时,对应的着陆冲击力增大,使摆幅增大;当负油孔面积小于50.5mm2或飞机着陆时的垂直降落速度大于1773mm/s时,由于着陆冲击力过大,使摆振极不稳定。     

表面活性物质对液体晃动阻尼影响分析及计算

对表面活性物质对液体晃动阻尼的影响进行了理论分析, 针对液体小幅自由晃动对表面活性物质耗散阻尼计算公式进行了推导. 在此基础上提出了结合液体晃动有限元计算的表面活性物质耗散阻尼的数值计算方法.通过将算例结果与实验值和理论分析结果进行比较, 数值方法的有效性得到了验证.     

基于复杂环境多自由度牙轮钻头动力学模型建立与分析

以牙轮钻头几何学、运动学为理论基础,通过受力分析,建立了多自由度牙轮钻头动力学模型,及综合考虑扭矩、弯矩、横向力和在钻头破岩过程中多种因素耦合作用影响下的牙轮钻头与岩石互作用模型,发展了目前钻头行为力学理论;并通过仿真研究得到典型工况下牙轮钻头轨迹曲线和岩石破碎仿真计算,并模拟分析了软、硬地层岩石交替复杂环境下的井眼轨迹,为今后研究复杂钻井系统井眼轨迹预测提供新的理论依据.     

基于支持向量回归的金属谐振陀螺多元温度补偿方法

针对金属谐振陀螺随温度漂移的问题,提出了一种基于支持向量回归的多元温度补偿方法。首先分析温度、温度梯度及温度变化率对陀螺输出的影响,在此基础上设计全温区实验,采用小波去噪对实验数据进行预处理,然后根据金属谐振陀螺输出特性,综合每次实验陀螺输出的微小变化,选择径向基核函数对实验数据进行特征提取,并基于此建立基于温度、温度变化率及温度梯度的多元补偿模型,剔除非相关项,最终得到金属谐振陀螺多元温度补偿模型。实验结果表明,此方法可有效提高金属谐振陀螺的温度性能,全温区陀螺零偏稳定性提高一个量级以上。     

核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数(刚度和阻尼),并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数（刚度和阻尼）,并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

汽车悬置以上结构模态参数对转向轮摆振的影响

对整车的实验研究表明,整车悬置以上结构模态参数对前轮摆振有重要影响.本文利用了模态分析和模态综合技术建立了十二阶的分析汽车转向轮摆振的数学模型.利用该模型对我国存在前轮摆振问题的CA-10解放牌汽车、以及其变型油罐车进行了仿真计算,计算结果与实车存在的情况相吻合.故此模型可以用于指导前轮摆振的研究工作和有关的设计工作.