自行火炮固有频率相关性分析的Monte Carlo传递矩阵法

为进行大型振动系统固有频率相关性分析,提出了基于多体系统传递矩阵法的Monte Carlo传递矩阵法.该方法将振动系统结构参数看作随机变量,通过Monte Carlo法得到其多个样本,通过多体系统传递矩阵法计算得到各组样本下的固有频率,再分析设计变量与固有频率之间的相关性系数和检验统计量,进行大型振动系统固有频率和结构参数之间的相关性分析.该方法无须求导运算,无需改变现有固有频率求解程序即可进行相关性分析.将该方法用于求解某自行火炮系统的固有频率,计算与试验结果吻合较好.     

具有随机路径的振动传递路径系统的随机响应分析

基于Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法,实用有效地提出了时域内振动传递路径系统的随机响应分析方法。在考虑传递路径参数,包括质量、阻尼、刚度、位置参数不确定性的条件下,对振动传递路径系统的随机响应问题进行了理论分析和数值计算,给出了系统随机振动响应的一阶矩和二阶矩的一般数学表达式,据此可以考虑工程实际中大量的传递系统中固有的不确定性,以便为解决不确定振动传递路径系统的问题提供有效方便的途径。通过算例表明,该法数值分析结果与Monte Carlo随机模拟结果比较,具有理想的精度。     

随机参数齿轮系统的非线性动力响应分析

建立了物理参数和几何参数均为随机变量,并考虑具有齿轮侧隙、轴承间隙、时变刚度、齿间摩擦力和静态传递误差的齿轮-转子系统非线性振动的动力学方程。利用Newmark-β逐步积分法将此随机参数时变刚度系统的非线性动力学方程转换为随机参数的拟静力学控制方程,利用求解随机变量函数数字特征的代数综合法和矩法,导出了系统动态位移响应的均值和均方差计算公式。算例结果表明:齿轮模数的随机性对系统响应的随机性影响较大,摩擦系数对系统振幅的影响不可忽视,特别当齿轮的间隙大于10?5m时,系统的振幅受其影响增大。关键词:随机参数;齿轮-转子系统;非线性动力学;Newmark-β法;时变刚度     

含随机参数的空间柔性梁动力学模型

研究含随机参数空间柔性梁作大范围运动的动力响应问题。基于虚功原理建立随机参数空间柔性梁动力学模型,利用多项式混沌结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,通过可变秩法获得响应函数展开多项式系数,进而获得柔性梁变形响应量数字特征。以物理、几何参数具有随机性自旋空间柔性梁为例,获得动力响应统计意义下的解,通过与Monte Carlo法结果比较,验证该方法的正确性及有效性。计算结果表明,利用随机参数的动力学模型能客观反映空间自旋柔性梁动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应影响不可忽视。     

大规模非线性系统随机振动显式迭代Monte Carlo模拟法

探讨了非平稳随机激励下大规模非线性系统随机振动Monte Carlo模拟法。引入等效激励的概念,把非线性系统动力方程写成状态方程的形式,并采用精细积分法对状态方程进行数值求解,导出非线性系统振动分析的显式迭代法。基于所导出的显式迭代公式,可以有效提高单次确定性非线性振动分析的计算效率,从而可以通过Monte Carlo模拟获得非平稳随机激励下非线性系统随机响应的统计信息,同时还可以获取非线性系统随机响应的演化概率密度函数。数值算例表明,所提出的方法迭代收敛速度快,计算精度高,适用于求解大规模非线性系统随机振动问题。     

参数不确定性细长火箭弹随机特征值问题研究

固有振动特性分析已成为大长径比火箭弹研制与动态设计的重要环节之一。系统的加工测量误差、几何、材料以及约束条件等的不确定性对火箭弹动态特性具有显著影响。该文基于传递矩阵法和摄动方法,建立了含不确定参数的细长火箭弹随机特征值问题分析方法,研究了参数不确定性对火箭弹振动特性的影响。该方法无需建立系统总体动力学方程,可大幅度提高随机特征值问题的计算效率、降低系统存储需求。分别应用该文方法与Monte Carlo 方法对某大长径比火箭弹随机特征值问题进行了分析,两种方法计算结果吻合较好,证明了该方法的有效性。     

随机与谐和联合激励下分数阶非线性系统的 统计线性化方法

提出了一种计算随机与谐和联合激励下非线性分数阶系统响应二阶矩的统计线性化方法。假定位移响应可写为确定性均值和零均值随机分量之和的形式,原运动微分方程可化为关于均值分量的确定性微分方程和关于随机分量的随机微分方程组合。分别利用谐波平衡法和统计线性化方法对上述两类方程求解后,可得响应的确定性均值与随机分量。Monte Carlo模拟证实了该方法的有效性。     

考虑内部激励随机性的两级分流式人字齿轮传动动力学特性

根据某特种装备用两级分流式人字齿轮传动系统的构型特点,考虑轴承变形、啮合刚度、啮合误差和齿侧间隙等因素,建立了两级分流式人字齿轮传动系统的轴承-齿轮耦合非线性动力学模型。采用Runge-Kutta逐步积分法求解系统的非线性动力学微分方程,从而获得随机啮合刚度和啮合误差激励作用下两级分流式人字齿轮传动系统的动态啮合力和动态支承力及其频谱,采用Monte Carlo仿真获得动态啮合力和动态支承力的统计特征,研究了啮合刚度和啮合误差随机性对动态啮合力和动态支承力的影响规律,为两级分流式人字齿轮传动系统动力学优化以及动态可靠性优化奠定基础。     

土层参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响EI北大核心CSCD

为探究场地土层参数随机分布对高速铁路周围场地土振动传递的影响,分别考虑了土层剪切波速、材料阻尼比以及二者双随机变量下的3种场地土参数随机分布,并基于Toro统计模型采用Monte Carlo方法分别模拟200组工况,输入建立的高速列车-轨道-场地土耦合系统模型中计算高速列车经过时场地土表面的振动响应。并将随机振动响应1/3倍频程振级、Z振级及其95%置信水平的置信区间与确定性土参数的振动响应进行比较,探究土参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响,进而采用随机振动响应标准差进行土参数随机分布的敏感性分析。研究结果表明:土参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响较大,剪切波波速单随机变量对场地土振动响应各频带1/3振级均有较大影响,材料阻尼比单随机变量对场地土振动响应的低频影响较小,高频影响较大。铁路交通环境振动评估及预测时建议考虑土层参数随机分布对其产生的影响。     

多向不规则波浪模拟的降维方法

基于多向不规则波的3种传统Monte Carlo模拟方法,提出了相应的时空随机场源谱表达,通过引入随机函数的降维思想,推导了3种多向不规则波模拟的降维方法,实现了仅用2个～4个基本随机变量即可精确表达多向不规则波随机场。数值算例表明,采用三种降维方法模拟所得代表性样本集的有效波高均符合规范要求。同时,代表性样本集的二阶统计量(模拟值)与目标值拟合一致,且总体上比传统Monte Carlo方法精度更高,验证了降维方法的有效性。此外,通过对比分析三种降维方法的模拟精度和效率,建议了最适用于工程应用的多向不规则波模拟方法,这为结合概率密度演化理论进行海洋工程结构在随机海浪作用下的动力可靠度精细化分析提供了有效途径。     

车辆人机交互设计虚拟评价系统构建与应用

目的利用虚拟现实技术对车辆人机交互设计方案进行评价,以提高交互设计过程中的迭代效率并减少资金的投入。方法以真人与虚拟车辆交互设计方案进行交互,同时用测试设备采集人的视频、音频、眼动轨迹、皮肤电、脑电、脑红外等数据和信息,并进行数据分析和设计方案评价。结论基于虚拟现实技术对车辆人机交互方案进行设计过程前期的评价是必要的和可行的,虚拟评价系统会随着虚拟现实和人机交互技术的发展逐步完善。     

虚拟实验室交互设计研究

分析了虚拟实验室的概念、特点和发展趋势,结合已有的虚拟实验室建设情况及计算机虚拟现实的技术发展,对虚拟实验室进行了分类,进而分析了各类型虚拟实验室的适用场景及发展方向。在此基础上,着重分析了基于三维视觉效果的虚拟实验平台建设过程,论述了Virtools交互设计软件以及3Dsmax三维建模软件的设计过程,并以纺织教学中的常用仪器络筒机为例进行分析,尝试构建虚拟实验室。     

电厂燃煤虚拟采样及发热量均值不确定度评定

电厂锅炉燃煤发热量还未能实现广泛的连续测量,在发电厂效率检测时,采用少量样品煤的实验室化验数据表示检测周期内全部燃煤的发热量,由此带来较大的测量不确定性。研究了入炉煤多次采样样品发热量平均值的不确定性,当发热量样本是正态分布,或求取平均值的样品个数大于30时,根据中心极限定理,可采用传统方法对样品均值的不确定度进行评定;当发热量样本是非正态分布,且求取平均值的样品个数小于30时,可采用挑选样抽法产生发热量的随机样本,然后利用发热量均值的虚拟样本,进行非正态分布下扩展不确定度的计算。实际应用表明,本文给出的方法结果合理,能够满足发电机组效率检测不确定度分析的需要。     

工程装备虚拟维修技术研究现状与展望

目的 针对工程装备设计的维修性难以验证,维修训练面临装备昂贵、不易重复拆卸、危险性高等问题,运用虚拟维修技术来评估装备的维修性和开展维修训练。方法 进行文献分析,理清虚拟维修的研究范畴和热点,从维修性设计、维修训练两个应用层面和虚拟人技术、虚拟样机及环境技术、维修过程与交互技术、维修性评估技术四个关键技术层面入手,对相关研究成果进行了整理和综述。结论 分析了目前研究存在的不足,提出了还可以进一步发展基于传感器技术的沉浸式交互方式,完善核心软件技术,研究多人协同维修与团体评估方法。     

火灾下紧急逃生的虚拟现实系统开发与评估

在真实环境下进行火灾紧急逃生的研究是非常困难的,这不仅需要花费高昂的费用,同时可能对实验参与人员造成人身伤害。随着计算机技术的发展,虚拟现实系统成为研究人在火灾情况下紧急逃生问题的有效工具。本文研究和开发了一种用于火灾情况下紧急逃生研究的虚拟现实系统。在硬件方面,本系统采用6屏环绕式的成像方式,通过具有特殊设计的旋转座椅与虚拟场景进行交互;在软件方面,本系统实现了火、烟雾、爆炸等视觉效果,以及火警警报、爆炸声、燃烧声等听觉效果。更重要的是,本系统通过烟雾发生器在真实环境下产生烟雾,给用户以真实的嗅觉及视觉刺激,从而营造出更具沉浸性的火灾场景。通过20名用户的主观评价对本系统的使用效度进行评估。本系统可以用于评估建筑物布局,研究火灾中人的行为特征以及评价不同干预方法对火灾逃生效果的影响等。     

基于贝叶斯理论的非线性结构模型修正及其动力可靠度分析EI北大核心CSCD

提出一种基于贝叶斯推理的非线性结构模型修正方法,同时考虑激励的随机性,建立了复合随机振动系统的动力可靠度分析方法。利用实测结构动力响应主分量的瞬时特征参数作为非线性指标构建似然函数,结合拒绝延缓自适应(Delayed Rejection and Adaptive Metropolis,DRAM)算法和高斯过程替代模型实现了非线性结构模型修正及其参数的不确定性量化。根据首次超越破坏准则,利用广义概率密度演化方法,分别对仅考虑激励随机性的确定性模型和同时考虑结构参数与激励不确定性的复合随机振动模型进行动力可靠度分析,并利用蒙特卡洛随机抽样方法验证了计算结果的准确性。研究结果表明:基于振动响应瞬时特征参数的贝叶斯推理方法能够快速、准确地实现结构的非线性模型修正及其参数的不确定性量化。与具有初始设计参数名义值的确定性模型相比,考虑参数不确定性的复合随机模型的动力可靠度总体偏低,因此,在结构安全评估中应考虑非线性模型参数不确定性的影响,使评估结果更加安全、可靠。     

On the Stability of a Nonlinear Viscoelastic Rod Subjected to a Longitudinal Force in the Form of a Random Stationary Process

The stability and reliability of a nonlinear viscoelastic rod under a stochastic excitation is investigated. The loads are assumed to be in the form of random stationary processes. The solution is obtained with the help of a numerical method, which is based on the method of the statistical simulation of random input processes and on the numerical solution of the system of nonlinear and linearized integro-differential equations. These equations describe a nonperturbed and perturbed motion of the rod. The estimation of the stability is carried out with the help of top Lyapunov exponents.