分子弹簧的隔振机理与力学性能研究

分子弹簧是一种由水和布满微孔的疏水沸石颗粒组成的隔振缓冲介质. 当振动、冲击发生时,随着外力对分子弹簧加载卸载,水分子进出沸石颗粒的疏水微孔,实现能量的存储、释放和消耗. 通过疏水微孔内液柱受力平衡和界面层热力学平衡分别建立了水侵入单条疏水微孔的模型,分段模拟了水分子侵入大量疏水微孔的过程,推导了分子弹簧受压过程中力-变形的关系,采用准静态试验对理论分析结果进行了验证,并计算了分子弹簧的隔振性能,结果表明:理论与试验结果具较好的一致性,分子弹簧在加载与卸载过程中呈现高-低-高的三段分段刚度,使得分子弹簧隔振系统在工作段具有极低固有频率,特别适合于低频重载情况下的隔振缓冲应用.      

径向基函数插值方法在动网格技术中的应用

分析用于非结构网格的弹簧比拟和用于结构网格的无限插值动态网格方法在实际应用中的优缺点,提出无需网格连接关系的基于径向基函数(radial basis functions,RBF)插值的动网格技术并编制相应的网格运动计算程序.以二维菱形翼的旋转运动及三维菱形翼的柔性变形为例,分析不同基函数和紧支半径的选取对网格质量及计算效率的影响,并通过与弹簧比拟方法的对比验证了RBF方法的有效性.结果表明:RBF方法数据结构简单,计算效率高,适应大变形能力强,可以有效地实现计算流体力学中的网格运动问题.     

基于背景网格变形的动态网格移动方法

基于Delaunay背景网格插值技术的动态网格生成方法无需迭代计算,效率较高。但对复杂构形大幅运动的动边界问题,尤其当边界大幅转动时,背景网格极易交叉重叠。重新生成背景网格和重新定位网格节点信息不仅费时而且会导致网格质量的严重下降。本文提出改进的基于背景网格的动态网格变形方法,通过在初始Delaunay背景网格中添加辅助点,生成一层新的背景网格和新的映射关系;采用ball-vertex弹簧法驱动新背景网格的变形,进而牵动目标网格的变形。算例表明,本文提出的动态网格变形方法对所关心区域的网格具有良好保形性,边界可转动更大角度而不会出现网格交叉重叠问题,总体上提高了动态网格更新的效率和质量。     

Rosenbrock实时积分方法的精度和稳定性分析及其在结构动力学上的应用

Rosenbrock法以其在稳定性和精度方面的优势得到了广泛的应用,但Rosenbrock法大多局限于一阶微分方程的求解,在结构动力学上的应用相对较少。本文针对其在结构动力学问题上的应用,对2级Rosenbrock实时积分方法的精度和稳定性进行了系统地分析。结果表明:该方法对于满足Lipschitz条件的非线性问题,能保持二阶精度;在求解线性无阻尼问题以及带有摆非线性问题时,该方法具有能量衰减的特性;与平均加速度法相比,该方法在求解Bouc-Wen模型的非线性问题时表现出更好的稳定性。本文为采用Rosenbrock法解决复杂的结构动力学问题提供了更有利的理论依据。     

利用T r a c k e r软件验证机械能守恒定律

T r a c k e r软件是一种广泛使用的视频分析软件. 利用T r a c k e r软件分别对单摆、 弹簧振子和自由落体运 动的实验视频进行分析, 通过自动追踪研究对象的运动轨迹, 同步描绘研究对象在运动过程中重力势能、 弹性势能 和动能随时间变化的图像, 验证了机械能守恒定律     

分置式斯特林制冷机弹簧断裂原因分析

对某型斯特林制冷机的膨胀机弹簧断裂原因进行分析,发现导致某型分置式斯特林制冷机膨胀机弹簧断裂的原因主要是所采用的弹簧材料内部存在较多的I元素和Cl元素夹杂,根据故障分析结论提出了相关预防措施,可以有效控制该类现象的再次发生。     

低温制冷机微振动输出检测中背景噪声抑制

微振动输出是低温制冷机的一项重要指标,检测中安装方式、检测环境等外部条件会造成复杂的背景噪声,背景噪声对检测结果造成影响。采用弹簧悬吊的方法进行背景噪声的抑制,根据弹簧悬吊减振原理和制冷机微振动原理,设计了最优检测,使其能更客观真实地测试低温制冷机的微振动输出值。     

基于PSD的微摆镜角度自准直测试系统设计

基于压电陶瓷的微摆镜是一种典型的二维角驱动部件,微摆镜系统的实用化需要进行微角度的测量,以便得到驱动电压与微偏转角之间的对应关系。设计了一种基于位置敏感探测器(PSD)的微摆镜角度测试系统,应用激光自准直原理,采用两次45°折返式结构,缩小了系统的体积并解决了传统折返式系统难以精准搭建的问题;采用多层前馈神经网络法对PSD进行了非线性校正,修正后整个系统的测量精度可达0.5″,测量范围为±400″。符合微摆镜角度测量的要求。     

基于点球弹簧修匀法的混合网格变形并行算法A parallel algorithm for hybrid mesh deformation based on Vertex-Ball Spring Smoothing

针对二维/三维混合网格,提出基于点球弹簧修匀法的并行网格变形算法。按特定模板将混合网格中的非三角形/四面体单元分解成三角形/四面体单元。针对每个内部节点及其相邻节点建立相应的子弹簧系统,并通过增加Ball-Vertex弹簧避免弹簧系统的塌陷问题。由于点球弹簧法在计算中逐点对网格内部节点进行计算,在计算过程中具有良好的弱耦合性质,因此有利于算法并行化。在并行化时仅需对网格进行虚拟分区操作,不必进行复杂的几何分区操作,同时避免了混合网格不同单元之间的兼容性问题。该方法适用于具有复杂外形的大规模混合网格的变形问题,能够显著提高网格变形的效率,同时具有良好的适应性。     

基于最优PID和LQG算法的空间望远镜大口径快摆机构控制系统仿真

空间望远镜在观测时会受到不确定性扰动,这些扰动的特性为幅值小,频带宽,控制难,而且望远镜平台的振动成分大部分在10 Hz以内。为了减小这些低频振动造成的干扰,对空间望远镜的大口径FSM系统进行控制器设计使其能够对低频扰动具有良好的抑制作用,选择的控制算法为在ITAE指标最优情况下的PID算法和带有积分作用的LQG算法。利用Simulink对系统搭建模型,仿真结果表明:FSM系统在PID控制器作用下的响应时间为0.4 s,在LQG控制器作用的响应时间为0.04 s,且都无稳态误差。利用OICETS卫星的振动功率谱密度数据对系统的抑制能力进行验证,在低频段0~10Hz范围内:跟踪模式时,系统在PID控制器作用下,抑制能力为14.5 d B,系统在LQG控制器作用下,抑制能力为32.5 d B;瞄准模式时,系统在PID控制器作用下,抑制能力为10.3 d B,系统在LQG控制器作用下,抑制能力为23.6 d B。经过比较,该大口径FSM系统在LQG控制器作用下的系统性能明显优于在最优PID控制器作用下。