含间隙曲柄滑块机构中滑块位移的可靠性分析

以曲柄滑块机构为研究对象,分析其在考虑间隙和摩擦作用下以及考虑机构参数具有随机性时滑块输出位移的可靠性问题。利用连续接触力模型和修正的Coulomb摩擦力模型分别求出间隙处接触力及切向摩擦力,基于Lagrange方程建立曲柄滑块机构的动力学模型。考虑机构物理参数及几何参数的随机性,利用支持向量回归方法出色的小样本学习能力和良好的泛化性,给出机构随机参数与滑块位移误差的近似函数关系式。结合一次二阶矩法求出滑块位移响应的可靠性指标。通过算例验证了本文方法的可行性和有效性,并考察了参数的随机性对位移可靠性的影响。结果表明:运动副间隙是影响滑块位移可靠度的关键因素。     

基于支持向量机替代模型的可靠性分析

建立了基于支持向量机回归算法和分类算法的替代模型可靠性分析方法,与蒙特卡罗法结合,采用拉丁超立方抽样技术,进行隐式极限状态函数的可靠度计算。讨论了相关参数对支持向量机模型性能的影响,并通过遗传算法进行参数优化,为支持向量机模型的参数选择提供了依据。研究了不同训练样本数量对支持向量机模型预测值精度的影响,进一步证实了支持...     

基于支持向量机的序列可靠性优化方法

在工程设计中,可靠性优化设计通常计算量较大或精度不够。本文提出了一种基于支持向量机（Support Vector Machine）和MPP（Most Probable Point）的可靠性分析方法。用SVM 在MPP处替代原极限状态函数,并利用极限状态函数的梯度信息,使SVM模型穿过M PP并与原函数相切,再基于SVM采用重要抽样法计算失效概率。然后,将SORA（Sequential Optimization and Reliability Assessment ）与基于SVM 的可靠性分析方法相集成,将传统的双循环可靠性优化算法解耦为单循环,并通过基于SVM 的可靠性分析方法修正了SORA中由于线性近似带来的误差,保证了最优设计点处可靠性分析的精度。算例证明,该方法在处理非线性问题时具有精确度高和计算量适度的特点。     

结构可靠性分析的支持向量机响应面法

针对隐式极限状态可靠性分析问题,提出了一种支持向量机响应面法,该方法采用了与经典响应面法类似的迭代思想,由支持向量回归机替代经典响应面法中的固定多项式函数来构建响应面,并结合一次二阶矩法形成迭代过程.在此基础上,还对训练样本提出了一种改进的选取方法,从而进一步提高方法的效率.文中将所提方法与多种经典可靠性分析方法的计算结果对比分析,改进的支持向量机响应面法精度较高,调用结构分析程序的次数最少.     

基于SVM的结构可靠度分析响应面方法

响应面法是解决隐式极限状态方程结构可靠度分析问题比较理想的方法,其关键问题是响应面函数的重构。根据响应面方法经验点集的小样本特点,利用支持向量机(SVM)对小样本数据良好的学习和泛化能力,用SVM重构结构响应面方程,建立了基于SVM的隐式极限状态方程结构可靠度分析的响应面方法。在此基础上,文中提出了改进SVM响应面方法,改进的方法充分利用每次有限元计算成果,大幅减少了有限元计算次数。算例表明本文方法具有很好的计算精度和计算效率。     

基于柔性机构捕捉卫星的空间机器人动态缓冲从顺控制

研究了空间机器人在轨捕获非合作卫星过程避免关节受碰撞冲击破坏的缓冲从顺控制问题, 为此在机械臂与关节电机之间配置了一种柔性机构, 其作用在于: (1)在接触、碰撞阶段可通过其内置弹簧的变形来吸收被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击力矩; (2)在镇定运动阶段, 结合与之配合的缓冲从顺控制策略来适时开、关关节电机, 以保证关节受到的冲击力矩受限在安全范围. 首先, 利用多刚体系统理论获得配置柔性机构空间机器人及目标卫星分体系统动力学方程; 之后, 结合整个系统动量守恒关系, 捕获操作后系统运动几何关系及力的传递规律, 建立了两者形成联合体系统的动力学方程, 并计算了碰撞过程的冲击效应与冲击力. 为了实现失稳联合体系统的镇定控制, 提出了一种基于动态面的缓冲从顺控制方案. 上述控制方案可在实现吸收捕获操作产生的冲击力矩的同时, 还能在冲击力矩过大时适时开启、关闭关节电机, 以避免关节电机发生破坏; 此外, 动态面的引入避免了反演法存在的计算膨胀问题, 有效减少了计算量. 基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性, 并通过系统数值仿真结果验证了上述缓冲从顺控制策略的正确性.      

基于节点密度的柔性机构的拓扑优化设计

针对连续体结构拓扑优化中出现的棋盘格式问题提出了一种新的以节点密度作为设计变量的优化方法,从而使设计区域内的密度场函数具有C0连续性。建立了以互能和应变能比值为目标函数的柔性机构拓扑优化数学模型,推导了基于节点密度的柔性机构敏度计算的解析表达式。应用节点密度法对典型算例进行了拓扑优化计算,计算结果表明不需要借助滤波处理,节点密度法就能够得到具有清晰拓扑结构的优化结果,真实地反映了机构的结构细节。     

基于概率支持向量机的可靠性分析与设计方法

结构可靠性设计是现代结构设计中能够考虑不确定性因素影响的重要方法之一。针对结构可靠性设计中较为复杂的隐式多概率约束条件问题,本文提出了一种有效的代理模型方法。该方法基于多输入多输出支持向量机方法,并引入分类错误概念,可以同时对多个概率约束条件进行建模,同时对概率约束条件进行了相对保守的结构可靠性分析,得出非零失效概率的两者差值在1%~10%。将该可靠性评估方法嵌入可靠性设计优化框架内,形成了偏于安全的结构可靠性设计方法。文中还提出了一种新偏导数计算方法,用于可靠性优化设计。最后将所提方法应用于减速器可靠性分析和优化设计中,验证了其计算精度和效率。     

GPS动态定位的可靠性及精度分析

动态环境中的ＧＰＳ接收机，其伪距观测量常含有各种粗差，不同高度角的可见卫星，其伪距观测量的精度差异很大，为此，本文从可靠性与精度两个方面，分析、研究了ＧＰＳ动态定位的性能。     

基于SVM步态分类的柔性外骨骼自主定位优化方法

针对复杂步态下柔性外骨骼虚拟惯性测量组件(VIMU)性能稳定性下降的问题,研究了一种基于支持向量机(SVM)步态分类的自主定位优化方法。采用SVM算法模型对柔性外骨骼的多种常规步态类型进行识别,根据不同的步态类型构建不同的卷积-长短期记忆(VGG-LSTM)混合神经网络模型,并通过判断实际惯性测量组件(IMU)的故障,利用VIMU构成具备系统重构能力的强鲁棒性自主定位方法。研究结果表明,复杂步态下基于SVM的步态分类方法可在保证VIMU精度的同时,降低VGG-LSTM神经网络模型的复杂性;机器人肢节末端IMU在常规步态下出现故障时,系统重构后的自主定位性能与无故障情况下基本保持一致,重构导航系统的定位误差在行进距离的2.5%以内。     

一种分析区间参数结构可靠性的减基快速计算方法

将减基法与蒙特卡洛模拟结合,提出了一种快速计算区间不确定结构可靠性的方法。该方法分为离线和在线计算两个阶段,离线阶段利用减基法建立减基空间,进而形成减缩模型;而在线阶段则将减缩模型融入蒙特卡洛方法,进而快速求解区间失效概率及相应的区间参数失效域。该方法在减基空间而非有限元空间中分析区间结构的可靠性,减少了求解时间,提高了计算效率,通过算例验证了该方法的可行性和有效性。     

Eulerian-Lagranigan simulation of aerosol evolution in turbulent mixing layer

The formation and evolution of aerosol in turbulent flows are ubiquitous in both industrial processes and nature. The intricate interaction of turbulent mixing and aerosol evolution in a canonical turbulent mixing layer was investigated by a direct numerical simulation (DNS) in a recent study (Zhou, K., Attili, A., Alshaarawi, A., and Bisetti, F. Simulation of aerosol nucleation and growth in a turbulent mixing layer. Physics of Fluids, 26, 065106 (2014)). In this work, Monte Carlo (MC) simulation of aerosol evolution is carried out along Lagrangian trajectories obtained in the previous simulation, in order to quantify the error of the moment method used in the previous simulation. Moreover, the particle size distribution (PSD), not available in the previous works, is also investigated. Along a fluid parcel moving through the turbulent flow, temperature and vapor concentration exhibit complex fluctuations, triggering complicate aerosol processes and rendering complex PSD. However, the mean PSD is found to be bi-modal in most of the mixing layer except that a tri-modal distribution is found in the turbulent transition region. The simulated PSDs agree with the experiment observations available in the literature. A different explanation on the formation of such PSDs is provided.     

基于优化算法的串联体系可靠度分析

结构体系的失效概率数学上可以表示为结构体系失效域上联合概率密度函数的积分,一般情况下很难直接积分求解。近几十年来,结构体系可靠度分析一直是可靠度领域的一个研究热点,人们提出许多方法,如：Monte—Carlo法、重要性抽样法与界限法和概率网络估算技术等,这些算法在求解精度、计算效率、收敛性和易使用性等方面是不同的。本文采用优化算法(改进的可行方向法、序列线性规划和序列二次规划法)进行串联体系可靠度分析,并且与其他算法(HL—RF法、Monte—Carlo法和重要性抽样法)的结果以及一些精确解进行了比较。结果表明,相对于其他算法,基于优化算法的可靠度分析适用性广,在收敛性和健实性等方面具有明显的优势。     

Dynamic analysis and regulation of the flexible pipe conveying fluid with a hard-magnetic soft segment

Applied Mathematics and Mechanics - The recently developed hard-magnetic soft (HMS) materials can play a significant role in the actuation and control of medical devices, soft robots, flexible...     

Nonlinear analysis on dynamic buckling of eccentrically stiffened functionally graded material toroidal shell segment surrounded by elastic foundations in thermal environment and under time-dependent torsional loads

The nonlinear analysis with an analytical approach on dynamic torsional buckling of stiffened functionally graded thin toroidal shell segments is investigated. The shell is reinforced by inside stiffeners and surrounded by elastic foundations in a thermal environment and under a time-dependent torsional load. The governing equations are derived based on the Donnell shell theory with the von K′arm′an geometrical nonlinearity,the Stein and McE lman assumption, the smeared stiffeners technique, and the Galerkin method. A deflection function with three terms is chosen. The thermal parameters of the uniform temperature rise and nonlinear temperature conduction law are found in an explicit form. A closed-form expression for determining the static critical torsional load is obtained. A critical dynamic torsional load is found by the fourth-order Runge-Kutta method and the Budiansky-Roth criterion. The effects of stiffeners, foundations, material,and dimensional parameters on dynamic responses of shells are considered.