考虑弹性变形的可展杆系结构展开分析

为了保证空间可展结构可靠运行,在展开过程分析中需同时考虑机构运动和弹性变形。首先建立可展杆系结构展开分析的基础方程式,然后基于广义逆矩阵的理论提出了空间可展杆系结构机构运动与弹性变形的混合分析新方法,解决了机构运动与弹性变形的耦合问题,取得了较好的展开分析精度。与传统的柔性多体动力学方法相比,其优点是建模简单,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。编制了仿真程序进行了算例分析,验证了分析方法的有效性。     

向量式有限元在索穹顶静力分析中的应用

索穹顶结构是一种由预应力拉索与竖杆组成的高效柔性空间结构,易发生较大位移,拉索可能出现松弛现象。该文采用向量式有限元进行了索穹顶的静力分析。向量式有限元是一种向量力学与数值计算相结合的分析方法,不同于传统分析力学方法和其他数值计算方法。向量式有限元基于运动方程求解,不需求解非线性方程组及刚度矩阵,尤其适合于发生刚体位移和几何大变形的结构或机构求解。该文首先介绍了向量式有限元的基本原理,推导了预应力索单元的求解公式,最后采用自编向量式有限元程序,分析了一个单摆模型和一个索穹顶结构模型。结果表明:向量式有限元应用于索穹顶静力分析是可行而且可靠的,在传统有限元计算难以收敛的情况下仍然可以对结构进行精确的非线性分析,为索穹顶的非线性分析提供了一种新的方法和手段。     

受控线性多体系统传递矩阵法

受控线性多体系统的稳态运动是多体系统动力学的重要研究内容之一。本文以简单的受控多体系统为例，建立了受控线性多体系统传递矩阵法，能方便快捷地求解受控线性多体系统的稳态运动。建立了控制力作用下集中质量和弹簧阻尼铰的扩展传递矩阵和扩展传递方程。将牛顿法和受控线性多体系统传递矩阵法的计算结果进行了比较。实例表明，受控线性多体系统传递矩阵法不仅能用于受控线性多体系统的动力学分析，而且完整地保持了传递矩阵法的所有优点。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

肘杆式压力机机构动力学建模与分析向量键合图法

为提高肘杆式压力机机构动力学建模与分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统驱动力矩及运动副约束反力方程的统一公式;根据运动约束关系,将平面运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来,建立了三角形肘杆压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系,克服了其给机构自动建模所带来的代数困难;在此基础上,实现了三角形肘杆压力机机构动力学自动建模与计算。结果揭示了脉冲形式的工作阻力对机构动力学性能的影响,说明了所述方法的有效性。     

剪式单元阵列可展结构的动力学分析方法

随着阵列单元数目增多,用传统有限元动力学分析方法分析阵列可展结构计算量十分巨大,甚至变得不可能。依据阵列可展结构由单元机构规律性组合而成的特点,针对剪式单元阵列可展结构提出了一种规范化动力学分析方法(规范法)。此方法将单元机构的叠加节点自由度与内部节点自由度分开,从而实现单元特性矩阵的首尾循环相加得到整体结构的刚度矩阵和质量矩阵。以5×5剪式单元平面阵列可展结构为例,采用规范法分析其固有频率和动态响应情况。结果发现:当展开角度接近于0°和180°时,固有频率迅速减小至0 Hz。当施加外载时,无阻尼、小阻尼和过阻尼情况下的动态响应分别为周期性振动、最大振幅衰减的周期性振动和无振动。可以得出:可展结构在0°和180°附近结构不稳定,其安全工作角度为20°~160°。阻尼适当增大可以有效减小振动。规范法提高了建模效率,并且便于规范性编程计算。     

闭链刚柔五杆机构动力学建模与仿真研究

复杂机构动力学的快速建模与高效计算,是机构学领域关注的难题之一,对复杂机构高效运动预测和优化设计具有重要的理论与实用价值.应用多体系统离散时间传递矩阵法,定义了平面闭链刚柔五杆机构的状态矢量,推导了典型元件的传递方程和传递矩阵,实现了对平面闭链刚柔五杆机构动力学的快速建模与计算.分别应用本文方法和Lagrange方法实例计算了某闭链平面刚柔五杆机构动力学,计算结果对比验证了本文方法的有效性和高效性.本文方法无需建立系统总体动力学方程,涉及系统矩阵阶次与系统自由度无关,建模灵活,计算速度快,可推广应用于其他复杂机构动力学研究.     

改进的结构振动传递矩阵法

针对传递矩阵法中状态向量一阶导数计算复杂问题,改进状态向量的选取。不据边界条件而据方程选取状态向量,可大大简化状态向量一阶导数计算过程。在状态向量与边界条件之间引入关联矩阵,使传递矩阵求解过程更加简单。以圆柱壳振动方程为例,介绍改进的传递矩阵法并证明其正确性。通过求解约束阻尼圆柱壳表明,该方法求解多自由度复杂振动方程优点更显著。     

连杆机构创意设计系统开发

为达到连杆机构快速建模,满足连杆机构创意设计的需要,给出了系统的总体设计和主要功能。分析了连杆机构的特点,归纳出8类基本构件,提出了统一的构件模型格式。同时,给出了由构件模型、运动副约束信息和构件初始位置信息组成的机构模型和可视化建模环境。采用笛卡儿方法建立连杆机构的多刚体系统运动学方程,实现了机构确定运动条件的自检与系统运动学方程的求解,并由动画演示机构运动形态。通过实例验证了系统的正确性和实用性。     

考虑构件弹性的电动Stewart并联机构刚度建模与仿真

基于集总解析建模方法和构件有限元分析建立包含驱动副、被动万向铰链和运动杆件弹性变形以及预载作用下的Stewart机构刚度矩阵模型。采用添加虚拟铰链等效构件弹性的方式,将分支等效为一系列刚性构件经由主、被动副以及虚拟铰链连接的形式,给出了运动关节和虚拟铰链变量对机构末端位姿的运动学Jacobian矩阵的数值计算方法,应用虚功原理得到静平衡方程,最终建立了机构无预载以及预载下的刚度矩阵模型。该模型不仅考虑了控制环路刚度,还将构件柔性的有限元分析结果与解析建模相结合,在降低计算成本的同时保证了精度。通过一机构分析实例,考察了两种模型下刚度分布的差异。     

基于传递矩阵法的车辆-轨道垂向耦合系统动力分析方法

为准确高效求解车辆-轨道耦合系统动力响应,利用轨道结构的周期性特征,基于传递矩阵法(transfer matrix method, TMM)提出了一种便捷的轨道子系统建模和求解方法。该方法根据轨道系统结构特点,分别将有砟轨道和CRTSⅡ型无砟轨道系统的周期性重复部分划分为不同轨道元胞结构,在元胞结合面引入刚度方程假定,基于元胞结构动力方程推导元胞内部及相邻元胞间的传递关系,进而建立整体轨道子系统的状态矢量传递模型,最后结合轨道结构边界条件和轮轨间相互作用力,采用直接积分法求解轨道元胞结构的动力响应。车辆系统采用10自由度的车辆模型,并基于轮轨线性赫兹接触模型,通过轮轨相互作用力与轨道系统实现耦合。以高速动车通过无砟轨道结构为计算背景,对TMM和有限元直接刚度法(direct stiffness method, DSM)的计算结果进行对比分析。研究结果表明,该方法显著地降低了车-轨耦合系统中轨道子系统的自由度数目,具有较高的计算精度和计算效率,且建模便捷,可有效地用于车辆-轨道耦合系统的动力响应分析。     

地震模拟振动台多向扩展系统

为利用单振动台实现大跨度空间结构多维多点激励的振动台试验研究,提出地震模拟振动台改向扩展系统概念。结合曲杆机构改变地震波传递方向的特性,对地震模拟振动台扩展系统进行结构动力分析。根据多点激励理论,考虑上部结构惯性力对子台的作用,推导出子台等效质量的计算公式。在谐波荷载作用下,给出多向扩展系统动力响应的解析式。研究表明,多向扩展系统能有效改变地震波的峰值加速度、相位和传递方向,是一种利用单振动台实现大跨结构多维多点激励试验研究的有效方法。算例结果验证了本文理论的正确性,为振动台多向扩展系统的研制提供理论依据。     

基于分析的空调系统运行控制的多目标优化

针对空调系统运行效率低下,且运行过程中子系统之间相互影响、相互制约的问题,本文基于分析方法提出一种空调系统多目标运行优化方法,以提高空调系统整体的运行效率。以某机场航站楼空调系统为研究对象,采用分析方法建立了空调系统的生产结构图,并根据生产结构将空调系统划分为3个子系统。在建立子系统分析模型的基础上,以3个子系统的最小损为优化目标,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)对空调系统的运行参数进行优化。针对某一典型日的运行工况对空调系统进行多目标优化,结果表明:相对于空调系统的原始控制方式,采用多目标运行优化方法可以有效减小空调各个子系统以及整个系统的损,使空调系统的运行效率明显提高,达到了节能的目的。     

Energetic Macroscopic Representation of a linear reciprocating compressor model

This article introduces the energetic macroscopic representation (EMR) as approach for the dynamic nonlinear modeling of a reciprocating air compressor. EMR has been introduced recently for research development in complex electromechanical systems and is based on action reaction principle. The compressor is divided into simple subsystems including: driver mechanism, cylinder head, valves and reservoir. Models are developed for different subsystems, which are assembled into a final overall system EMR. Since the final application of this model will be an isothermal Compressed Air Energy Storage system (CAES), special attention has been paid to transient heat transfer considering the thermal resistor and capacitor effect of the walls adopting a thermoelectric analogy. The results were verified both using Finite Element method and experiment. The EMR modeling presented here allows the modeling of multi-physics components and highlights the interactions of the electromechanical, heat transfer and fluid mechanics phenomena that occur simultaneously in an air compressor.     

压电微泵性能的终端特性分析及其模拟研究

 根据压电微泵的结构及其功能可将其划分成6个功能块或子系统：压电片子系统、泵腔、入口阀子系统、出口阀子系统、入口通道子系统和出口通道子系统．对6个子系统建立终端特性模型，并进行有关终端特性分析．最后，将压电微泵子系统的终端特性模型进行了组合，得到整个系统的特性模型．对此进行分析，可以方便地获得压电微泵的性能特性．     

A new approach to production regularity assessment in the oil and chemical industries

This article presents a new approach to production regularity assessment in the oil and chemical industries. The production regularity is measured by the throughput capacity distribution. A brief survey of some existing techniques is presented, and the structure of the new approach is introduced. The proposed approach is based on analytical methods, i.e. no simulation is necessary. The system modeling is split into three levels: components, basic subsystems, and merged subsystems, and two modeling methods are utilized: Markov modeling and a rule-based method. The main features of the approach are as follows: (1) short calculation time; (2) systems of dependent components can be modeled; (3) maintenance strategies can be modeled; and (4) a variety of system configurations can be modeled. A simple case study is used to demonstrate how the proposed approach can be applied.     

磁流变液阻尼器试验与建模研究

针对参数化模型不能直接反映阻尼器逆向动态特性、非参数化建模需大量试验数据问题,提出两者结合模型。该模型用自适应神经模糊系统建立位移、速度对阻尼力的非线性表达模型,用参数化方法描述阻尼力随电压及速度的变化输出模型。研究表明,此建模方法能较好逼近磁流变液阻尼器试验结果并反映其非线性特性,便于实际控制,且可减少计算工作量。     

Reliability Reallocation for Fuel Cell Vehicles Based on Genetic Algorithm

A fuel cell vehicle (FCV) is a type of alternative energy vehicle that could help resolve the energy crisis, mitigate environmental problems, and contribute to sustainable development. Developing an FCV with high reliability is an important goal for automobile factories and research institutions. Other key factors required by FCVs include mass production and customer approval. An FCV is a complex mechanism composed of many subsystems. During the development of the overall vehicle, steps should be taken to ensure that every subsystem is reliable. However, such development must also consider costs, which must be kept as low as possible. To ensure the reliability of FCV while operating under conditions that demand minimal cost, a genetic algorithm is employed to reallocate the reliability of the overall vehicle system. First, the growth factor of the reliability–feasibility of each subsystem is determined according to the complexity, importance, and technological level of the FCV subsystems. The FCV cost model is then established on the basis of such parameters as subsystem cost, reliability–feasibility growth factor, initial reliability, limit reliability, and so on. A genetic algorithm is then used to compute for the reliability of FCV subsystems. The rationality of reliability reallocation is verified according to the subsystem importance coefficient. This method considers the benefits for both enterprises and customers by applying principles of engineering and conducting a reliability study. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

水电工程施工总布置三维图形建模

水电工程施工总布置是一个复杂的系统,文中对水电工程施工总布置三维可视化建模技术进行了深入研究。首先将施工总布置系统分解为各个子系统,然后基于GIS平台,对各个子系统采用不同的建模技术分别建立模型,最后通过可视化技术将其模型在屏幕上显示输出。在大型水电工程中的实际应用,证明了此方法的实用性和高效性。     

双簧片导向机构的传递误差分析

双簧片导向机构是接触式测量常用的核心部件,广泛应用于自动检测中,其传递误差的模型直接影响传感器的测量精度.传统的建模方法采用悬臂梁整体柔性建模,不符合实际物理结构,在测量中会引起较大的传递误差.在建立导向机构整体力学模型的基础上,提出簧片机构柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法,推导出簧片作用力和弯矩表达式,继而得出平动板寄生转角和传递误差表达式.最后通过有限元计算仿真技术,对悬臂梁分段模型与悬臂梁整体柔性模型进行仿真分析.仿真结果表明,柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法比传统悬臂梁整体柔性建模方法的传递误差明显减小,验证了模型的有效性,从而为双簧片导向机构的设计、测量精度的动态补偿以及测量后数据处理提供了理论依据.