多体系统传递矩阵法分布式并行计算研究

多体系统传递矩阵法作为一种多体系统动力学新方法,在进行多体系统动力学分析时无需系统总体动力学方程、涉及矩阵阶次低计算速度快的优点,已被广泛用于各种多管火箭、自行火炮、坦克等复杂大型机械系统动力学分析与设计。为了提高多体系统传递矩阵法计算速度,研究了分布式并行计算的原理和方法,将MPI(Message Parallel Interface)分布式并行计算环境引入到多体系统传递矩阵法计算中。针对变截面梁的多体系统传递矩阵法动力学计算算例,设计了并行算法,分析了单机多核和分布式网络环境对计算时间的影响,结果显示通过并行计算能够大幅度提高计算效率。     

含楔形变截面连续梁弯曲自由振动计算的传递矩阵法

本文推导了楔形变截面梁弯曲自由振动计算时的传递矩阵式，通过对含楔形变截面连续梁弯曲自由振动的实例计算，证明了本文提出了的方法是一种精确度高而且简便易行的方法。     

受控柔性机械臂动力学建模仿真

针对链式反馈受控多体系统,建立了反馈控制的通用处理方法,构造了相应的控制元件,建立了受控多体系统离散时间传递矩阵法.该方法无需建立系统总体动力学方程,计算速度快、建模灵活,相比于其他动力学方法更利于对复杂受控多体系统的动态设计和实时控制.采用PD控制和基于压电激励器的模态速度反馈控制,分别建立了柔性机械臂系统相应的传递矩阵,应用文中方法实现了对柔性机械臂轨迹跟踪和振动主动控制,仿真结果表明了该方法的有效性.     

Timoshenko梁组合动力系统的精确的传递矩阵法

本文把分布质量模型的传递矩阵法和集中质量模型的传递矩阵法有机地结合起来,并将精确的传递矩阵法应用于求解包含任何支承单元、悬挂单元和Timoshenko梁单元的组合动力系统的固有特性。数值结果表明本文方法在一定范围内是完全精确的,而且编程简单。     

流体管道横向振动的频域传递矩阵法

通过Fourier变换,把经典的时域描述的流体管道横向振动4方程模型变换到频域,求解此模型,可以得到单管的频域解析解.在此基础上,结合管段节点的平衡条件,推导出多管段的传递矩阵法,把单管的频域分析扩展到多管段组成的管路,传递矩阵法可以求解多管段的任意管段和任何坐标位置的值.最后,利用Dundee大学实验管道对结果进行验证分析,并通过算例来说明本方法的应用.     

转动态薄辐齿轮振动分析的传递矩阵法

本文用截锥壳模拟薄辐齿轮，由截锥薄壳理论导出了计算转动态截锥壳振动特性及瞬态响应的传递矩阵公式。文末给出了算例。     

计算多体系统动力学中引入多体系统离散时间传递矩阵法的混合算法研究

以复杂机械系统动力学建模为研究背景,在计算多体动力学和多体系统离散时间传递矩阵法的理论基础上,论述了这两种方法动力学建模与分析的特点;在此基础上,提出了在计算多体动力学中混合多体系统离散时间传递矩阵法的算法,并论述了使用该算法对机械系统进行动力学建模及分析的过程。该算法适合于对复杂机械系统进行动力学建模及分析,并且易于使用计算机应用软件实现。以某典型机械连接结构为算例,通过该算法进行建模与分析,论证了该算法的可行性,也表明该算法的优点。     

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。     

索力振动测量的传递矩阵法

振动法测量拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系,在建立拉索振动的离散模型基础上应用传递矩阵法计算拉索固有频率,通过求解特征方程建立了索力与振动频率的关系;然后将计算得到的模态频率与测试得到的模态频率比较,通过修正拉索张力计算值使计算频率与实测频率误差最小,最后修正的拉索张力则为拉索实际张力。通过对实际工程的测试结果分析表明,该方法具有准确、实用和易编程的特点,完全能满足工程应用要求。     

Timoshenko薄壁湾弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响。数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性。     

管道系统时域响应的传递矩阵计算方法

基于输流管道数学模型,通过构造傅里叶级数展开形式的时域响应函数,对传递矩阵方法（TMM）求解的频响函数进行Laplace逆变换,实现管路系统的时域瞬态响应的计算;通过待定系数方法,基于TMM求解的简谐激励下的频响函数,求解管路系统的时域稳态响应,解决Laplace逆变换计算稳态响应不稳定的问题。最后以包含直管、弯管及弹性支撑的管路系统和悬臂梁为例,验证计算方法的正确性,与ANSYS的计算结果对比表明,所述的计算方法具有较高的精度,可用于管路系统时域响应的计算和分析。     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.     

求解非线性链式结构瞬态响应的传递矩阵方法

基于传统的传递矩阵方法与数值积分和ＮｅｗｔｏｎＲａｐｈｓｏｎ迭代法,提出了可迭代增量传递矩阵,用于求解具有大运动、非线性特征的链式多体系统瞬态响应;它包括增量传递矩阵和ＮＲ迭代传递矩阵;由增量传递矩阵得到时程积分每一瞬时状态量;由ＮＲ迭代传递矩阵得到该瞬时提高精度的解。该文以一链式多体系统为例说明该方法的建模、计算过程。最后,以一个平面四杆机械臂为算例将本文方法与逐步积分法所得结果作了比较,验证了该方法的可行性。     

柔性板基础隔振系统的柔性多体动力学理论建模

根据舰艇机械隔振系统的特点,首先利用瑞利—里兹法推导了柔性板的动力学方程,然后结合柔性多体动力学理论,推导柔性板基础上的隔振系统的动力学模型。     

非线性多转子—支承系统的偏置同步响应

利用等效线性化法将多转子－支承系统中的非线性元件逐次换为具有等效参数的线性元件，借助Ｒｉｃｃａｔｉ传递矩阵法稳定空间边界值问题，提出了分析多转子－支承系统偏置同步响应的等效线性化—Ｒｉｃｃａｔｉ传递矩阵迭代法。实例计算了装有中介轴挤压油膜阻尼器的双转子发动机的偏置同步响应。结果表明本法稳定性好、传递矩阵维数低、所需算机容量和机时小，明显优于模态综合法［１］，特别适合于分析含有强非线性元件的大型多转子－支承系统的偏置同步响应。     

有关传递矩阵法特征值问题的研究

在用传递矩阵法1求解多圆盘转子系统的特征值问题时,经常会出现数值不稳定和误差较大的现象。将求传递矩阵特征值的割线法进行改进,使得计算结果的误差变得较小,计算结果的可靠性增强。最后通过实例证实本算法的优越性。     

分叉结构系统传递矩阵计算方法

提出了使用传递矩阵法计算分叉结构动特性的方法，在结构动特性分析中，传递矩阵法只能计算直轴结构的动特性，本文对传递矩阵法进行改进，使其可对较为复杂的结构形式进行动力学计算。该方法的特点是以简单的方法和较小的计算代价计算出满意的结果。本文给出了仿真结果分析。     

含间隙铰的机械多体系统动力学模型

对四类间隙铰模型(连续接触模型、有限元模型、经典碰撞模型和接触变形模型)进行分析比较，给出了经典碰撞和接触变形模式的含间隙多体系统动力学模型。经典碰撞模式的动力学模型着重考察系统动力学的整体行为，不能预测碰撞过程中铰关节局部接触力的变化历程。接触变形模式的多体系统动力学模型考虑了碰撞体间的法向和切向接触力，以及阻力矩，能够求解系统运动过程中间隙铰轴销与孔体的碰撞力。采用间隙铰的非线性弹簧阻尼模型，研究了重力场及其方向性对空间可展机构动力学性能的影响。计算结果表明，无重力与有重力环境时含间隙可展机构动力学行为有较大地差别，重力作用使间隙铰内碰撞减弱。为了保证在地面试验中可靠地预测在太空展开性能，可展机构在地面试验时应采取重力补偿措施。     

基于Kalman转移矩阵的发动机故障诊断方法

为了从发动机缸盖振动信号中提取出全面的、高质量的状态特征,建立缸盖振动信号的时变参数模型,提出缸盖振动信号Kalman滤波预测算法,通过引入包含发动机状态信息的Kalman转移矩阵,得到转移矩阵的奇异值分布,构成特征子集。研究不同工况下特征子集的分布,选用极限学习机对特征样本进行分类和测试,实际应用结果表明,发动机故障诊断精度较高。