混凝土泵车臂架系统振动机理的研究

结合悬臂输液管流固耦合理论,建立泵车臂架结构与混凝土的流固耦合动力学方程,从流固耦合的角度分析混凝土泵车臂架振动问题。通过试验测试获得混凝土脉动流速图以及仿真边界条件。采用Newmark-β法求解动力学方程,仿真分析了混凝土流动为脉动和常速流时臂架振动响应,发现振动位移响应基本吻合,说明脉动流速对臂架结构应力历程影响较小;仿真分析转台振动为零振动时,混凝土脉动和常速流时臂架振动响应,发现泵送油缸导致的车体振动激扰是臂架振动的主要因素,在臂架系统振动研究时应重点考虑。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

一种锥形节流阀工作过程流-固耦合动力学响应的影响因素分析

基于三维流-固耦合有限元动力学仿真分析模型和直接耦合算法,分析了一种锥形节流阀在入口流速脉冲激励下由关闭状态开启而后重新关闭全过程的流量特性、压差特性及阀门开度的高频波动等非线性动力学响应特性,并采用小波分析方法等对阀门开度响应等进行了时-频域分析。选择不同的流体-结构模型的数值积分方法组合及时间步长对流-固耦合动力学求解算法进行了实际应用检验;然后对阀芯质量、弹簧参数与油液参数等系统参数以及激励速度幅值与脉宽等激励参数对其工作过程动力学响应的影响进行了细致的数值分析比较。结果表明:流体模型积分算法的选择对流-固耦合计算结果的影响较大;对该阀而言,阀芯质量与油液体积弹性模量的改变对阀芯振动频率的影响较为显著,油液粘度的改变对阀门开启的滞后量及振动相位的影响较大,而弹簧刚度及预紧力的改变对阀门的最大稳定开度的影响较大;阀芯与阀座间的碰撞使阀芯的振动频率提高。     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

端部约束悬臂输流管道的分岔与混沌响应

研究悬臂端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统在平均流速、流速脉动幅值和基础激励下出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动响应的影响,为输流管道的振动控制提供依据.数值仿真结果表明,随着平均流速、流速脉动幅值、基础激励幅值和质量比的不同,管道系统分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.     

基于实验的圆柱体流固耦合升力谱模型研究

基于均匀流场的弹性圆柱体涡激振动实验,提出了一个考虑流固耦合的涡激升力谱模型。该升力模型采用了Webull 分布模型,以流速、约化速度、圆柱体直径和圆柱体固有频率为模型参数,通过引入圆柱体固有频率来考虑流固耦合的影响,避免了时域模型中直接计算圆柱体的顺流向振动响应问题。与实验结果比较表明,该模型可用于均匀流场的涡激振动预测。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的分块神经网络控制及柔性振动模糊控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂关节运动及柔性振动主动抑制的控制问题。由系统动量守恒关系及假设模态法,利用拉格朗日方法建立了漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。之后采用奇异摄动理论,将其分解为表示刚性运动的慢变子系统和柔性振动的快变子系统。据此,设计了柔性空间机械臂系统载体姿态及机械臂关节铰协调运动的组合控制器。针对慢变子系统——柔性空间机械臂的刚性运动,设计了分块神经网络控制器,以完成系统参数未知情况下关节空间协调运动的轨迹跟踪;而对于快变子系统——柔性臂的振动,则设计了模糊控制器来主动抑制柔性杆的振动。数值仿真证实了提出方法的有效性。     

一种挠性航天器的自适应姿态控制与振动控制

挠性航天器三轴姿态控制与振动控制需要处理复杂的姿态运动学耦合、动力学力矩耦合、挠性模态与刚体的动力学耦合,以及在轨航天器挠性附件的参数不确定等问题。基于频带分离方法分别设计了姿态控制器和振动控制器,其中的挠性附件振动对姿态的影响以时变干扰模型进行考虑。利用奇异摄动理论,设计了姿态控制器。该控制器由快速角速度环和慢速角度环两回路组成,采用具有较强抗干扰能力的积分型SDRE（State-Dependent Riccati Equation）控制器进行姿态指令跟踪。对于挠性振动,设计了独立模态控制的正位置反馈（PPF）控制器,通过对一阶控制器参数进行调节,使系统当存在结构不确定或参数变化的情况时仍能较好地收敛,保证了系统的鲁棒性。最后仿真表明了在干扰力矩下姿态的稳定性和振动的快速抑制。     

轴向基础振动对缠绕式液压胶管沿程压力衰减特性影响

液压胶管在硬岩掘进机(TBM)液压系统中大量使用,管内流体动力学行为影响系统的安全可靠性。为了得到振动环境下管内流体压力沿管长方向的衰减特性,基于复合材料经典层合板理论和流固耦合理论,建立缠绕式胶管轴向振动的流固耦合模型,得到沿胶管管长方向压力损失的数值计算公式,通过仿真与实验研究振动参数、结构参数和流体参数对压力衰减特性的影响,研究结果表明:沿程压力损失的幅值随着基础振动振幅的增加呈线性增长,随振动频率的增加而增加;随胶管管长和管径的增加,沿程损失波动的程度减弱;随流速的增加,沿程压力损失的波动比减小,流体黏度对沿程压力损失波动的影响较小。研究结果可为TBM管系设计和抗振设计提供理论依据。     

轴向基础振动对缠绕式液压胶管沿程压力衰减特性影响

液液压胶管在硬岩掘进机（TBM）液压系统中大量使用,管内流体动力学行为影响系统的安全可靠性。为了得到振动环境下管内流体压力沿管长方向的衰减特性,基于复合材料经典层合板理论和流固耦合理论,建立了缠绕式胶管轴向振动的流固耦合模型,得到沿胶管管长方向压力损失的数值计算公式,仿真与实验研究了振动参数、结构参数和流体参数对压力衰减特性的影响,研究结果表明：沿程压力损失的幅值随着基础振动振幅的增加呈线性增长,随振动频率的增加而增加;随胶管管长和管径的增加,沿程损失波动的程度减弱;随流速的增加,沿程压力损失的波动比减小,流体粘度对沿程压力损失波动的影响较小。研究结果为TBM管系设计和抗振设计提供理论依据。     

垂直热发射过程弹架耦合作用研究

研究裸弹垂直热发射过程系统的动态响应及其对导弹运动的影响。对车载导弹发射系统进行了简化和等效建模,进行了导弹起飞过程的理论分析,基于动力学和有限元软件建立了系统刚柔耦合多体动力学模型,对发射过程展开了动力学仿真与分析,并进行了多刚体与刚柔耦合两类模型计算结果对比。数值模拟结果表明,导弹起飞过程与发射车的耦合作用明显,系统振动对导弹起飞姿态产生影响,发射车振动衰减特性良好,柔性发射台模型能够较好反映发射过程系统动态响应以及弹架耦合特性。     

挖掘激励下斗轮机振动响应及影响因素研究

斗轮机的振动是导致结构失效的关键原因。为此,通过拉格朗日方程建立斗轮机的4自由度离散动力学模型。基于动力学模型,研究4种典型工作姿态下斗轮机系统对挖掘阻力激励的响应,结果表明当斗轮机构处于最低位置时系统的位移和加速度响应最剧烈。针对此工况,进一步研究关键结构的刚度、以及斗轮质量对斗轮机系统固有频率以及振动响应的影响规律,结果表明:系统的前4阶固有频率对结构刚度的敏感性各不相同;斗轮质心振动位移随着斗轮质量和斗轮悬臂刚度的增加而单调减小;斗轮质心加速度大小随斗轮质量量增加而单调减小,而对悬臂拉杆刚度的变化不敏感。研究结果可为斗轮机上部结构的动力学设计提供理论依据。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。     

直线定位平台扰动激励下柔性操作臂的耦合振动特性研究

以直线定位平台柔性操作臂为对象,根据能量方法建立了系统的耦合动力学模型,考虑驱动过程中存在的运动波动,对直线定位平台的运动特性进行表征,结合建立的耦合动力学模型,得到柔性操作臂的耦合振动特性。通过理论分析和仿真实验,对不同运动特性下运动波动的扰动激励的作用机理进行研究。结果表明:运动波动对柔性操作臂的振动特性具有明显的影响,对于匀速运动情形,在起始阶段随着速度取值的增大,柔性操作臂的振动幅值有所增大,随着响应时间的增加,影响逐渐减小;对于匀加速运动情形,随着加速度取值的增大,柔性操作臂的振动幅值逐渐减小,且较大的加速度对波动的影响起到一定的抑制作用;理论与实验结果一致,验证了所建模型的正确性。研究结果对柔性操作臂的动态特性分析及振动控制具有一定的指导意义。     

弹性多臂系统动力分析

本文研究了机器人弹性多臂系统动力学建模问题。首先为了有效地削弱大的刚性运动位移与小的弹性变形即慢变量与快变量之间的耦合效应问题,采用了Tisserand 浮动坐标系、有限元理论及带λ乘子的拉格朗日方程建立了弹性多臂系统动力学方程;其次考虑了机器人上实际存在的集中质量和关节弹性对弹性臂运动的影响;然后通过代数——微分混合方程组的数值求解来分析弹性臂的动力响应,最后给出了机器人弹性双臂系统的动力响应算例。本文为弹性机器人的设计和振动控制提供了有益的参考。     

多体动力学热-结构耦合圆管单元及其应用

航天器柔性附件在突加太阳辐射热载荷作用下的热诱发振动会严重影响航天器的正常工作。航天器是典型的多体系统;部件间的相互作用会严重影响航天器的热诱发振动响应,因而有必要使用多体系统动力学的方法对此进行研究。该文在柔性多体系统动力学框架内,推导建立了一种考虑辐射换热的热-结构耦合圆管单元。温度变化会使圆管单元产生轴向伸缩和横向弯曲;同时,在给定辐射热流作用下,圆管单元受热条件与其姿态和变形相关。使用该圆管单元、刚体单元和柔性体单元可以实现多体系统动力学热-结构耦合分析。该文的方法首先用于哈勃太空望远镜太阳能电池板简化模型的热诱发振动分析,所得结果与文献结果吻合良好。然后,该文研究了由本体、动量轮、柔性支撑杆和端部质量组成的航天器在突加辐射热流作用下的振动响应。结果表明:各部件间的相互作用会对航天器的热诱发振动响应产生显著影响。     

湿喷机机械臂喷枪振动特性的研究

为了提高某公司生产的CHP30型湿喷机机械臂的工作性能,运用D H坐标法对该机械臂进行运动学分析;基于刚柔耦合系统动力学理论,建立了机械臂的刚柔耦合模型,利用ADAMS分别对机械臂的刚性模型和刚柔耦合模型进行了动力学分析,得到了不同载荷情况下机械臂末端在各坐标轴方向上的位置曲线.仿真结果表明：机械臂和混凝土的重力动载荷以及喷射作用力是其产生振动的主要原因,最大振幅约为0.04 m,与实际情况相吻合;端部喷射作用力对机械臂末端振动的影响程度因喷射方位的改变而变化,喷射侧面时,振幅最大,喷射顶部时,振幅最小;橡胶输送管悬挂在2个锁扣上时对机械臂的振动影响较小.仿真结果对湿喷机机械臂的设计有一定的指导作用,同时为机械臂末端的轨迹规划和机械臂的疲劳分析提供了理论依据．