摄动法在局部结构动力修改逆问题中的应用研究

提出了用摄动法求解实模态情况下局部结构动力修改逆问题的方法 ,推导了质量修改和刚度修改的摄动公式并给出了求解方法 ,可直接求得结构质量参数或刚度参数的修改量。与一阶摄动法相比 ,二阶摄动法可用于修改量较大的情况。     

CY型液下泵转子系统动态优化设计

对CY型液下泵转子系统进行动态优化设计。采用有限元法作动力分析,对其进行优化设计,即以动柔度为目标函数,考虑共振频率禁区、强迫振动、转子的强度和刚度以及尺寸边界约束,用数学规划与逆摄动相结合的优化方法求解,并采用了灵敏度分析和回归分析等技巧。以CY液下泵转子系统为例,重分析2～3次。     

随机参数轴盘扭振结构系统动力特性优化设计

研究具有随机参数的轴盘扭转振动系统动力特性的可靠性优化设计问题。给出在考虑结构材料密度和切变弹性模量为随机变量时,结构系统动力特性数字特征的计算方法,建立以轴和盘的几何尺寸为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足基频或频率禁区可靠性约束的结构系统动力优化设计数学模型,利用复合形法求解。通过算例表明该模型和方法是合理与有效的。     

重频结构大修改动力重分析的矩阵摄动法

为拓展矩阵摄动法在结构重分析中的适用范围,提高重分析计算精度,针对重频结构参数大修改提出了重频结构动力重分析的矩阵摄动法。采用高次增量法将反映重频结构参数改变的质量矩阵和刚度矩阵的增量分别表示为小参数ε的一次与二次幂项之和,根据矩阵摄动理论推导得到重特征值的二阶摄动解及相应特征向量的一阶摄动解。数值算例表明,所提出方法极大提高了重频结构大修改下的动力重分析计算精度。     

机床结构系统动态特性修改及预测分析方法的研究

提出一种动态优化设计的思想和方法。根据摄动理论,推导出一种适用于结构系统动态特性修改和预测的快速分析方法——高阶连续矩阵摄动法。并应用FORTRAN-77语言编制了计算机通用软件HCMP。作为实例,对MG1132B的薄弱环节砂轮架、床身等部位进行了摄动分析。并给出了原结构和摄动修改结构的振型曲线。结果说明,修改结构各测点的振幅值均低于原结构相应测点的振幅值。由于采用该软件只需要进行一次模态分析试验就可以预测出修改后结构的动态特性,从而可以实现结构系统的动态优化设计。     

结构动力修改的循环对称摄动新方法

利用结构的循环对称特性，以矩阵摄动理论和复约束法、伪单元法为基础，提出结构动力修改的循环对称摄动新方法，通过对循环对称扇区模型的分析获得整个循环对称结构特征值和特征向量的变化，大规模减少了这类结构动力修改的计算工作量，大大提高了计算效率。算例证明方法正确、有效、简捷。     

动力响应问题的摄动Riccati传递矩阵方法

基于Riccati传递矩阵法,给出了一维不确定参数结构系统动力学响应问题的二阶摄动计算方法。该方法在用于一维结构系统动力响应问题的摄动分析时,不需要按振型展开,避免了基于有限元的矩阵摄动方法所带来的模态截断误差问题,提高了分析结果的精度。以多跨转子——轴承系统为模型,导出了动力响应问题摄动R iccati传递矩阵法的具体计算公式,并编制了相应的计算分析程序。算例对弹性支承的等截面梁的动力响应问题进行了摄动分析,摄动计算结果和精确计算结果吻合良好。     

机械结构动力优化振型反问题求解的逆摄动方法

通过对振型反问题的研究，提出了振型反问题求解的逆摄动方法，并给出了相应的逆摄动参数ε取值方法。同传统的求解方法如罚函数法和变尺度法等相比。该方法还可避免或减少重分析，提高计算效率，算例表明，这种方法是有效可行的。     

受损悬臂梁的模态分析研究

基于Euler-Bernoulli梁的自由振动方程,利用一阶摄动方法,对受损悬臂梁进行了模态分析计算,并利用Pro/MECHANICA有限元结构分析软件对悬臂梁受损前后的模态进行分析,与摄动数值计算方法进行比较,验证摄动理论分析的正确性。通过具体算例,得出悬臂梁在受损前后前四阶固有频率,以及在各个固有频率下的位移、应力云图,从而验证了基于摄动法理论分析的正确性,为利用动力学特性对悬臂梁的损伤监控和检测提供了理论依据。     

用复模态加权正交性分析实模态振动系统的逆特征灵敏度

本文提出一种分析实模态振动系统逆特征灵敏度方法。该方法基于实模态是复模态的特例这一事实。从复模态振动型加权正交性出发，推导出实模态系统的逆特征灵敏度计算公式。文中给出的结构动力修改逆问题简单算例表明，本文方法预估出的结构动态特性逆问题修改方向，具有较好的准确性。     

基于遗传算法的机床主轴动态特性优化设计

机床主轴的设计除了要考虑其强度和刚度外,尚须考虑其动态特性。机床主轴的动态特性设计可归结为特征值反问题的求解。本文研究了基于人工神经网络和遗传算法的机床主轴动态特性结构优化设计的求解方法,利用人工神经网络实现机床主轴动态特性的近似分析,借助遗传算法实现给定固有频率下的最小重量设计。计算结果表明了该方法的有效性。     

空间并联机构运动学与动力学逆解的模块化计算方法

应用模块化计算方法研究了空间并联机构的运动学与动力学逆解,计算效率能够满足实时控制的要求。通过对各类支链运动学及动力学逆解的分析,应用牛顿-欧拉法并引入拉格朗日乘子建立了空间并联机构的动力学逆解模型,提出了空间并联机构运动学与动力学逆解模块化计算软件的系统构架。结果表明该方法适用于各类非冗余空间并联机构的运动学与动力学逆解的自动建模和可重构设计,并给出了一种新型并联机构的分析实例。     

基于动力学性能的全柔性机构优化设计

全柔性机构是一种新型机构,多应用在精密定位场合。为保证该机构具有很高的定位精度和较强的抗环境干扰能力,仅以静力学性能作为指标进行机构的优化设计是不足以满足要求的,还需要对机构的动力学性能进行优化。研究以一具体的全柔性机构为例,给出一种基于机构动力学性能的结构优化设计方法。为此首先建立了该机构的动力学理论模型,为保证结果的准确性,还进行了有限元模拟;在设计过程中,同时考虑到了机构的静态特性与动态特性。该方法可有效地完成机构的尺度综合。     

基于遗传算法的动态矩阵控制器参数设计

动态矩阵控制(DMC)采用阶跃响应序列作为对象模型,它结构清晰、模型获取简便、算法实现简单、鲁棒性强,因此得到广泛的应用。通常用试凑结合仿真的方法设计DMC控制器参数,但往往不能达到最佳控制效果。中以某药物在血液中的循环吸收过程作为仿真对象,将基于浮点数编码的遗传算法(GA)应用于DMC控制器参数设计,获得了满意的控制效果;中还给出了DMC动态参数的设计方案。     

4自由度非全对称并联机构的完整雅可比矩阵

少自由度并联机构完整雅可比矩阵为6x6矩阵,包括运动子矩阵和约束子矩阵两部分,由于前者的代数特征不能反映出机构的约束特性,在对此类机构进行运动学分析和几何参数优化设计时,必须建立完整的6x6雅可比矩阵.鉴于此,基于对偶螺旋理论,以4自由度机构2RPS-2UPS为例,给出非全对称少自由度并联机构完整雅可比矩阵的推导方法.首先,根据螺旋理论推导约束支链中的运动螺旋系和反螺旋系,并利用互易积获得约束子矩阵.其次,锁定每个支链中的主动关节,根据螺旋理论计算约束支链和全运动支链中新增反螺旋系,并利用互易积建立运动子矩阵.将约束子矩阵和运动子矩阵联立建立机构完整雅可比矩阵.最后,分析雅可比矩阵的秩,得到2RPS-2UPS并联机构产生奇异位形的条件.     

混凝土搅拌车搅拌叶片结构优化设计

应用有限元法和零阶分析法,按照高刚度、轻质量的原则,选取叶片厚度作为设计变量,建立了以应力为性能约束,以质量最小为优化目标函数的优化模型,进行了基于零阶方法的叶片结构动态优化设计,得出切合实际的优化设计方案.结果证明此种优化设计方法直观、合理.     

一种动力响应振幅的有限元优化设计方法

动力优化设计的特点是重分析工作量大 ,计算效率低。为避免或减少重分析 ,将有限元单元阵进行了分解变换组装 ,使振幅与设计变量如截面面积、长度的复杂隐函数关系转化为对设计变量摄动参数的显式关系 ,进而将设计变量摄动参数提取在分解后的几个常数刚度阵、质量阵之外 ,避免了在迭代求解过程中重组刚度阵与质量阵 ,较快地获得问题的解。文中给出了摄动参数的几种取值方法。同理 ,根据本文的方法 ,可推广应用于其它基于有限元分析模型的工程结构系统     

由频率响应试验识别机床的状态空间数学模型

系统的识别,已成为一个新的学科分支。关于机床动态系统的识别,一般采用频率响应试验或机械阻抗测试法。这种方法的应用取得了一定的成效。我们研究了机床动态系统的一种新的识别原理和方法,成功地完成了试验。首先,我们实测出机床的频率响应数据,经过微机曲线拟合计算,识别出系统的传递矩阵。最后,应用现代控制论,用状态图法,由传递矩阵求得系统的状态空间数学模型。     

Dynamic isotropic design of a class of Gough-Stewart parallel manipulators lying on a circular hyperboloid of one sheet

This paper proposes an optimal design method based on dynamic isotropy conditions of a generalized natural frequency matrix in task space for a standard Gough-Stewart parallel manipulator (GSPM). Firstly, the dynamic isotropy conditions are discussed and presented. Next, it is proved that standard GSPMs lie on a circular hyperboloid of one sheet. Further, we present a method to use a circular hyperboloid to construct 3-3-, 6-3- and 6-6-type standard GSPMs. Moreover, such novel definition is used to examine various dynamic isotropy conditions as functions of the coefficients of a hyperboloid. An optimal design method is also proposed accordingly. Finally, a numerical example is given to illustrate the design procedures. The results are very close to the complete dynamic isotropy.     

挠性机器人逆动力学显式模型

提出了挠性机器人逆动力学问题的一般模型，并通过对其实施线性化，得到了线性解耦的由运动条件方程和动力条件方程联立的逆动力学基本方程。同时，利用逆动力学基本方程的特点给出了逆问题的显式模型，并将该法用于平面ｎ杆弹性手臂建模。最后就三连杆弹性手臂进行了仿真，验证了本方法的有效性。