屈曲型数字微镜结构的机电动力学分析

设计一种基于压杆屈曲原理的数字微镜装置，针对该装置建立机电动力学模型，应用龙格-库塔法和有限元数值方法求解其动力学模型中的隐函数。通过对该模型的完整机电动力学微分方程数值求解所作的运动仿真，得到了微镜基板的连续角位移曲线，表明该装置具有良好的光束稳定特性。     

一种自适应双腔缓冲器动力特性研究

建立了一种基于弹簧自适应控制油孔面积的双气腔双油腔缓冲器动力学模型和分析方法,同时也建立了一种三维摇臂式起落架着陆动力学模型.对某型号飞机起落架着陆缓冲性能进行了计算分析,并进行了落震试验验证,结果证明了本文建立的动力学模型和分析方法是正确的,并已成功地应用于工程.     

可控排气式气囊着陆缓冲特性研究

为了综合考量空投设备着陆缓冲过程中的最大过载、最大下降位移以及气囊最大超压等因素,利用LS-DYNA软件数值分析了一种可控排气式气囊的着陆缓冲特性,研究了排气阀的开口面积和压力门限对该系统缓冲性能的影响。结果表明:开口面积和压力门限对缓冲性能有显著的影响,取值过大或过小均不能满足缓冲性能要求;一定范围内增大开口面积可有效降低设备的最大过载和气囊的最大超压,但同时会降低设备的最小离地高度;压力门限对气囊最大超压量的影响较小,一定范围内降低压力门限可降低设备最大过载。     

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。     

近场动力学微极模型在求解静力学问题中的应用

阐述了近场动力学微极模型的求解方法,可同时考虑物质点的平动和转动效应;在此基础上,给出了近场动力学微极模型的静力求解格式,在求解静力学问题时无需引入阻尼项,提高了"键"型近场动力学的计算效率.基于所建立的近场动力学微极模型的静力求解体系,模拟计算了简支梁的弹性变形和含单、双裂纹板的破坏过程.并与理论解和其他数值方法模拟结果进行了对比分析,验证了本文建立的近场动力学微极模型静力求解方法的有效性和准确性.     

含摩擦滑移铰平面多刚体系统动力学的数值算法

基于LuGre摩擦模型和线性互补问题(LCP)的数值算法,给出了具有双边约束含摩擦滑移铰平面多体系统动力学的数值算法.首先,根据滑移铰的特点,当间隙充分小时,将其视为双边约束,给出了滑移铰中滑道作用于滑块上的法向接触力的互补关系;LuGre摩擦模型能有效地描述机械系统中的黏滞与滑移运动,将该模型用于描述滑块与滑道间的摩擦力.其次,结合Baumgarte约束稳定化方法,应用第一类Lagrange方程,建立了该多体系统的动力学方程,给出了Lagrange乘子与滑移铰中作用于滑块上的法向接触力的关系式.然后,将滑块与滑道间多种接触状态的判断以及作用于滑块上的法向接触力的计算转换为线性互补问题的求解,并用常微分方程的数值算法求解该多体系统的动力学方程.最后,通过数值仿真算例揭示了滑移铰中滑块的黏滞与滑移现象,以及滑块在滑道内的多种接触状态;另外,在文中分别采用Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型,对算例中的某些工况进行了数值仿真,并且分别用本文方法得到的数值仿真结果与已有方法得到的数值仿真结果对比,表明了本文给出的方法的有效性.      

多柔体系统数值分析的模型降噪方法

多柔体系统的动力学方程通常是一组刚性微分方程, 目前普遍采用的刚性微分方程数值解法主要通过数值阻尼滤除系统响应中的高频分量, 其求解效率难以令人满意. 为了降低多柔体系统动力学方程的刚性, 从而可采用ODE45等常规微分方程求解器进行求解, 研究了在建模过程中滤除高频振荡分量的方法. 在以当前时刻为起点的短时间内对柔性体的应力进行均匀化, 用均匀化后的应力计算柔性体的变形虚功率, 由此得到的系统动力学方程的解中不含过高频率的弹性振动, 并且可以通过调节均匀化时间区间的长度参数控制滤波的范围. 数值算例表明: 这种模型降噪方法的计算效率和精度均不低于刚性微分方程求解器, 并且在刚性微分方程求解器失效的情况下模型降噪方法仍有良好的精度和效率. 本文所提的模型降噪方法可成为求解多柔体系统动力学方程的新途径.      

飞机起落架着陆撞击动力分析

根据现有沿－气式缓冲器结构形式,针对模拟起落架着陆撞击过程的落 震试验模型,考虑起落架航向刚度和阻尼的影响,依据撞击过程中各变量间的运动关系,建立了描述着陆过程中的运动微分方程组,并采用龙格库塔法对运动微分方程组进行求解。最后采用该方法对Ｋ８飞机主起落架（单腔）和某机起落架（双腔）落震试验过程进行了模拟,并与试验结果进行了比较,发现计算结果与试验结果吻合较好。     

复杂机构的控制与结构同步优化设计

本文研究了非线性机构控制与结构同步优化设计问题。提出了一种复杂系统敏度分析的数值求解方法,该方法首先通过滑模控制器将非线性动力学方程化简为一个线性微分方程;然后,利用Newmark积分法,获得系统对设计变量敏度的数值解;最后,以Stewart平台为例,介绍了该方法的应用过程。数值结果说明了方法的有效性。     

重复使用火箭着陆结构稳定性分析

近年来,包括中国在内的诸多国家相继开展垂直起降重复使用火箭的研究,运载火箭在平台上垂直着陆时的着陆稳定性为实现运载火箭重复使用的关键问题. 由于在运载火箭设计初期结构设计尚未完成,不具有供着陆稳定性分析的详细的动力学模型,难以开展着陆过程动力学仿真,故对运载火箭着陆稳定性评估方法的研究尤为必要. 本文基于广义碰撞定律,对二维运动模式下运载火箭与着陆平台的多点碰撞过程进行了分析,切向采用库伦摩擦模型给出了切向运动学恢复系数的表达式. 本文首先通过机械能约束和接触碰撞中的单边约束给出了一般运动形式下广义运动学恢复系数的值域,再对两种典型运动模式,给出了该两种典型运动模式下广义运动学恢复系数的值域. 然后考虑着陆腿中缓冲器的作用,将运载火箭与平台的碰撞近似为完全非弹性碰撞,得到了其广义运动学恢复系数,并结合运动学分析和能量法提出了一种基于碰撞后速度的着陆稳定性的判别方法. 最后以某型运载火箭着陆样机的参数为例,分析了碰撞前速度、着陆腿跨距、摩擦系数对着陆稳定性的影响,结果表明,本文提出的稳定性判别方法较能量法更为精确,可以考虑触地速度、角速度、摩擦系数等参数间的耦合关系.      

Dynamic model and performance analysis of landing buffer for bionic locust mechanism

The landing buffer is an important problem in the research on bionic locust jumping robots, and the differ-ent modes of landing and buffering can affect the dynamic performance of the buffering process significantly. Based on an experimental observation, the different modes of landing and buffering are determined, which include the different numbers of landing legs and different motion modes of legs in the buffering process. Then a bionic locust mechanism is established, and the springs are used to replace the leg muscles to achieve a buffering effect. To reveal the dynamic performance in the buffering process of the bionic locust mechanism, a dynamic model is established with different modes of landing and buffering. In particular, to analyze the buffering process conveniently, an equivalent vibration dynamic model of the bionic locust mechanism is proposed. Given the support forces of the ground to the leg links, which can be obtained from the dynamic model, the spring forces of the legs and the impact resistance of each leg are the important parameters affecting buffering performance, and evaluation principles for buffering performance are proposed according to the aforementioned parameters. Based on the dynamic model and these evaluation principles, the buffer-ing performances are analyzed and compared in different modes of landing and buffering on a horizontal plane and an inclined plane. The results show that the mechanism with the ends of the legs sliding can obtain a better dynamic per-formance. This study offers primary theories for buffering dynamics and an evaluation of landing buffer performance, and it establishes a theoretical basis for studies and engineer-ing applications.     

Stochastic optimal control of flexible aircraft taxiing at constant or variable velocity

Active control landing gears are used to alleviate vibration during aircraft taxiing. A nonlinear stochastic dynamics model is established, considering the aircraft body pitch movement and elastic vibration excited by the random runway. The equivalent linearization method is adopted to ensure the model linearity near the balance point, and the Gaussian random process of the runway is generated from the Gaussian white noise using a shape filter. Based on the stochastic optimal control theory, the LQG controller is designed along with weighted quadratic performance index for a better ride comfort, shock absorption, road holding and least energy expenditure. The algebraic Riccati and Lyapunov equations are solved to obtain stationary response while taxiing aircraft at a constant velocity and the differential Riccati and Lyapunov equations are solved to obtain the nonstationary response while taxiing aircraft at a variable velocity. The aircraft dynamic responses are obtained through the runway random process modeled by Monte Carlo method. Simulation results show that active control landing gear can give a better ride comfort, shock absorption and road holding performance no matter whether taxiing is at constant or variable velocity.     

飞机主起落架收放摇臂的动力学分析

本地运七飞机主起薄架系统，在接近收上位置到碰锁的过程建立了简化的流固耦合的有限元总体模型。利用动态增量非线性有限元程序（ＡＤＩＮＡ８４年版），对主起落架系统收上碰锁过程进行了动力学流固耦合的有限元分析，在此基础上对摇臂建立了更为精细的有限元地其进行了静力分析，无论总体模型还是精细模型均能够起初地反映实际情况，且模型中的有关参数的选取也是合理的，计算结果与试验结果也是吻合的，这说明本文关于飞机主起落     

OPTIMAL DAMPING MATCHING Of SHOCK ABSORBER FOR A LIGHT TRUCK SUSPENSION SYSTEM

阻尼匹配是制约车辆悬架系统减振器设计的关键问题.以某轻型卡车为研究对象,利用MATLAB软件建立了悬架阻尼优化设计的半车模型.采用车体垂向加速度、俯仰角加速度和车轮动载均方根值作为评价指标,利用线性加权和法建立了悬架阻尼优化设计的目标函数.在随机路面激励下,对悬架系统阻尼进行了优化匹配和分析,并通过实车实验验证了优化效果.研究结果表明,悬架阻尼的匹配优化可有效提高车辆的行驶平顺性,从而为车辆悬架的动态设计提供有益参考.     

汽车模拟碰撞用液压缓冲器的动态仿真

汽车模拟碰撞(台车试验)用缓冲装置是汽车零部件安全试验中一个非常关键的设备。应用孔口节流理论，建立了汽车模拟碰撞用液压缓冲器的力学模型，同时对主要参数对模型的影响进行了具体的讨论。试验证明，进行参数优化后，计算曲线能够很好地模拟试验曲线。该仿真过程可以为类似液压缓冲器的理论建模和调试提供依据。     

单足机器人周期跳跃控制的虚拟约束方法

 研究单足机器人周期跳跃控制问题．弹簧支撑倒立摆模型可以比较准确地描述动物的跳跃行为,但无控制的自然跳跃抗干扰能力较差,一般采用轨迹跟踪控制方法实现单足机器人周期跳跃．当系统存在比较大的误差时,传统的时间轨迹跟踪控制方法存在明显的不足．引入虚拟约束技术,采用基于空间路径跟踪的控制方法可以克服时间轨迹跟踪的不足．采用点足机器人模型,并通过控制腿伸缩的方式为系统提供动力,将跳跃过程分为地面摆动和腾空飞行两个阶段,并通过起飞和着陆两个事件完成两个阶段之间的转换,整个系统模型属于欠驱动非光滑动力学系统．根据简化的动力学方程获得系统的虚拟约束解析表达式,并采用部分反馈线性化方法结合PD 控制设计系统的控制律．分析了系统的混合零动力学方程,并证明了闭环系统的临界稳定性．仿真结果表明,提出的控制方法可以实现单足机器人的周期跳跃控制,并且对外部干扰具有较强的鲁棒性．     

STABILITY ANALYSIS OF REUSABLE LAUNCH VEHICLE LANDING STRUCTURE$^{\bf 1)}$

近年来,包括中国在内的诸多国家相继开展垂直起降重复使用火箭的研究,运载火箭在平台上垂直着陆时的着陆稳定性为实现运载火箭重复使用的关键问题. 由于在运载火箭设计初期结构设计尚未完成,不具有供着陆稳定性分析的详细的动力学模型,难以开展着陆过程动力学仿真,故对运载火箭着陆稳定性评估方法的研究尤为必要. 本文基于广义碰撞定律,对二维运动模式下运载火箭与着陆平台的多点碰撞过程进行了分析,切向采用库伦摩擦模型给出了切向运动学恢复系数的表达式. 本文首先通过机械能约束和接触碰撞中的单边约束给出了一般运动形式下广义运动学恢复系数的值域,再对两种典型运动模式,给出了该两种典型运动模式下广义运动学恢复系数的值域. 然后考虑着陆腿中缓冲器的作用,将运载火箭与平台的碰撞近似为完全非弹性碰撞,得到了其广义运动学恢复系数,并结合运动学分析和能量法提出了一种基于碰撞后速度的着陆稳定性的判别方法. 最后以某型运载火箭着陆样机的参数为例,分析了碰撞前速度、着陆腿跨距、摩擦系数对着陆稳定性的影响,结果表明,本文提出的稳定性判别方法较能量法更为精确,可以考虑触地速度、角速度、摩擦系数等参数间的耦合关系.     

张拉整体结构的动力学等效建模与实验验证

为了实现张拉整体结构高效动力学计算, 并考虑其大范围运动中柔性杆局部动态屈曲, 提出了一种受压细长杆动力学降阶模型, 采用五节点弹/扭簧集中质量离散模型等效连续杆的静力学和动力学特性. 首先, 通过静力学等效分析推导了弹簧拉压刚度和扭簧弯曲刚度表达式, 可准确预测杆件受压屈曲和近似预测其后屈曲行为. 第二, 通过动能等效分析推导了集中质量表达式, 可准确预测杆在线速度场下的运动. 第三, 通过弯曲振动固有模态等效分析确定弯曲刚度和节点质量的分布参数, 合适的分布参数取值组合可将降阶模型前两阶固有频率相对误差均降低至1%以内. 第四, 在全局坐标系下建立张拉整体结构瞬态动力学方程, 并利用静力凝聚法实现方程高效迭代求解. 最后, 分别对球形张拉整体结构准静态压缩、模态分析和碰撞动力学进行仿真和实验对比分析, 证明了提出的动力学降阶模型可有效预测张拉整体结构的静力学行为、固有振动特性及瞬态动力学响应, 并分析了结构参数变化对其力学特性的影响规律. 本文提出的动力学等效建模与计算方法, 可望用于软着陆行星探测器、大型可展开空间结构及点阵材料等复杂张拉整体系统的动力学分析与控制.