拦阻索冲击的多体动力学仿真研究

舰载机着舰时,尾钩冲击拦阻索导致索内应力动态向甲板两端传播。为研究拦阻索应力波传播规律及峰值决定因素,本文在多体动力学框架下,发展了基于绝对节点坐标法的具有接触碰撞功能的大位移索单元,在此基础上建立了包含缓冲装置的拦阻系统多体动力学模型,仿真揭示了拦阻索受冲击后应力波在传播过程中,分别在甲板两侧的导向轮和尾钩处,因横波的反射与叠加均造成了应力尖峰,而滑轮缓冲装置与钢索末端缓冲装置均能有效的降低索内应力峰值。拦阻系统中的钢索用轻质材料代替,亦能降低索内应力峰值。此外,建立的全尺寸舰载机拦阻系统多体动力学模型为系统的设计与优化提供了一种计算手段。     

FAST一次支撑系统的结构研究

 介绍了中国天文学家提出的FAST(five hundred meter aperture spherical radio telescope)计划,对FAST索支撑轻型指向跟踪系统的关键技术之一——一次支撑系统的机械结构进行了方案论证,从可靠性、响应速度等方面对自驱动和他驱动两种驱动类型进行了比较.对自驱动方式的几种方案从运动性能和驱动性能等方面比较了各自的优缺点,最后得出了具有可行性的方案.     

大跨度悬吊索系结构目标位置成形分析方法

针对大跨度悬吊索系结构,建立了一种精确的结构成形分析方法棗目标位置成形分析方法,并将这种方法应用于大跨度悬吊索系结构和索穹顶结构。分析结果表明,提出的分析方法理论正确、计算高效,并具有很高的精度,可作为结构成形分析的一种有力工具。     

空间柔性结构振动的直接速度反馈控制

针对空间柔性结构的低频振动问题，采用轻质的直流电机和拉索作为控制器，通过传感器和控制器的共位布局方式，建立柔性结构的直接速度反馈主动阻尼控制方案。该方案无需柔性结构的系统控制模型，只需调整速度反馈增益，即可以达到控制结构振动的目的。为验证该方案的有效性，文中对一含中心刚体的柔性卫星缩尺模型进行数值仿真，并采用气浮台模拟太空无重力环境，对该模型进行控制实验。仿真和实验的结果表明，该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。     

柔索悬挂Stewart平台振动控制及稳定性研究

在柔索悬挂条件下，利用多体动力学与控制理论以及特征系统实现算法（eigensystem realization algorithm,ERA），研究了Stewart平台的基平台受到扰动时其末端执行器的控制稳定性问题，提出了相应的控制策略。用自行研制的多体动力学与控制仿真软件分析了不同弹性系数在柔索悬挂条件下Stewart平台的动态特性，并用ERA对系统的模态进行了比较，获得了动力学上可控的悬挂支撑方案。以数值仿真分析结果为基础设计了柔索悬挂Stewart平台的试验方案，对实际控制效果进行了研究，验证了数值仿真结果的正确性。

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大型射电望远镜馈源定位3T索牵引并联机构分析与设计

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,由于馈源质量的大幅降低,在馈源定位的设计中,提出采用四绳索牵引并联机构,牵引馈源舱实现三个方向的平动运动,达到加大馈源工作空间的目的.为了研究非线性绳索控制机构中的尺度优化设计问题,在已知馈源舱位置的情况下,为解决由于绳索自重导致的悬链线问题,通过将悬链线简化成抛物线的方法,解决悬链线带来的高度非线性静力平衡方程组的求解问题,得到简化的静力学平衡方程.通过建立的简化静力学平衡方程,求解出四绳索牵引并联系统的工作空间与设计参数间的关系,并使用一种以力优化为目标的优化算法得到工作空间中四绳索静力平衡下的精确索拉力和伸长量.通过综合考虑满足条件的参数,最终给出满足设计要求的机构优化尺度参数.     

重力对大型环形可展天线展开动力学的影响研究

受限于火箭尺寸,大型星载环形天线在发射时收拢,入轨后在零重力环境下展至工作态。然而在地面实验重力环境下,克服重力的悬吊卸载系统并不能完全抵消重力场的全部影响,导致地面实验难以准确预测在轨展开动力学行为。因此,有必要借助仿真深入对比分析地面上重力加卸载展开与太空中无重力展开的动力学异同。该文基于柔性多体动力学的仿真方法,建立了天线在零重力和重力加卸载系统两种工况下的全尺寸展开动力学模型。仿真结果不但复现了地面实验的非同步展开现象,而且系统地给出了天线在整个展开历程中所有杆件载荷和驱动力的变化规律。并进一步基于能量分析,半解析地研究了重力对驱动力的影响。该文的研究不但有助于理解大型网状天线的展开动力学,为天线的机构设计、优化和地面实验设计提供技术支撑,而且提出的建模方法和得到的认识也可用于研究和理解其他大型网状天线。     

全井钻柱系统多体动力学模型

采用绝对节点坐标法建立了三维井眼全井钻柱系统多体动力学模型,将大长细比全井钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论了梁单元格式,并研究了井口、钻头处边界以及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出了包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程。采用向后差分法求解微分-代数方程组,全面计算分析了全井钻柱系统的受力变形、摩阻扭矩、耦合振动、涡动、动力屈曲等力学特性,可在钻柱动力学研究和工程应用中发挥作用。     

低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器。根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG。对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制。     

基于柔性多体动力学的瓦楞成型系统建模与仿真研究

针对某型号瓦楞机的瓦楞成型系统,基于自主研发的多体动力学求解程序,建立其刚柔耦合动力学模型。其中张力辊、瓦楞辊等主要支撑辊简化为刚体模型;传送带由36自由度绝对节点坐标四边形壳单元划分网格,并考虑其树脂材料的正交各向异性特征;此外,传送带与支撑辊之间的接触采用赫兹碰撞模型和点-面检测方法描述。利用该模型,计算了传送带的偏心位移,传送带表层应力场等动响应。仿真表明:基于绝对节点坐标法建立的瓦楞成型系统的多体动力学模型,可为瓦楞机传送带的动力学行为和控制研究提供一种新的分析方法。