流-固耦合作用下斜坡式防波堤地震动力响应分析

针对地震过程中海水-防波堤-地基的耦合效应,结合某沿海斜坡式防波堤,建立了海水-防波堤-地基系统有限元模型,应用任意拉格朗日欧拉方法以及显式动态有限元方法,对真实地震过程中的防波堤系统动力响应进行了仿真,给出了流-固耦合作用下,不同地震激励的防波堤残余变形以及地震过程中的动水压力时程。研究结果表明:考虑流-固耦合作用对防波堤残余变形响应有较显著影响,且水平向残余变形受影响程度大于竖直向残余变形;地震过程中的动水压力主要受海水主频以及地震激励卓越频率的影响。研究结果可为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。     

基于树脂流动的变截面复合材料结构固化过程热-流-固多场强耦合数值仿真

在考虑树脂流动对固化温度场影响的基础上,将树脂流动引入经典热-化学模型,并在考虑了固化过程材料性能时变特性条件下,建立了复合材料热-流-固多场强耦合有限元模型。通过对比文献中未考虑树脂流动对温度场的影响,本文所建模型温度场较实际结果的最大温差更低,厚度密实精度更高,模型可靠性更好。基于所建热-流-固强耦合有限元模型,对变截面复合材料结构固化过程进行数值仿真。研究发现,变截面复合材料结构较厚区域存在明显温度场、固化度场及树脂流场分布梯度,纤维体积分数分布不均性较大,这与结构不同区域的厚度、固化过程温度传递滞后及局部树脂流动受固化效应不同步产生的影响有关。变截面复合材料结构厚度由3.52 mm增加至42.24 mm,截面最大温差由0.3℃增加到34.3℃,纤维体积分数分布不均匀性由0.1%增加到1.3%。     

基于空气耦合超声导波法对开闭器水层厚度的研究

针对传统接触式超声检测高压电线杆开闭器水层厚度存在漏电风险问题,提出使用非接触式空气耦合超声导波技术对开闭器中水层厚度进行测量。对开闭器水中导波传播过程进行仿真并计算水层厚度;搭建开闭器实验室平台,控制水层厚度,改变换能器之间距离,对回波信号进行分析并计算水层厚度;控制换能器之间距离,改变水层厚度,对回波信号进行分析并计算水层厚度。通过仿真与实验使用几何声学对水层厚度进行计算得出关系式,将仿真与实验两者结果进行对比,有高度一致性,验证空气耦合超声导波法对开闭器中水层厚度测量的可行性与准确性。该方法可为测量开闭器中水层厚度提供新思路。     

爆炸流场与玻璃幕墙动力响应的仿真计算方法

采用ALE有限元法进行了爆炸流场与复杂玻璃幕墙结构相互作用的三维动态仿真。针对数值仿真过程中计算效率过低的问题,根据显式有限元和距离爆炸冲击波试验问题的计算特点,利用高性能计算平台设计并实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙动力响应的分步流固耦合仿真计算方法。研究了爆炸冲击波作用下幕墙玻璃的动力响应情况,通过与试验结果相比较,证实了该仿真方法的可行性,为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据。     

梁板耦合建模中连接负载对系统功率流特性影响研究

为了能够更准确预报梁、板耦合系统的功率流特性,在功率流模型解耦过程中引入梁、板连接负载,分析了输入梁、板的功率流,与有限元的分析结果对比,验证了含有连接负载的耦合模型的正确性,从而表明功率流的耦合建模中需要引入连接负载。通过改变结构参数、边界刚度,研究了忽略耦合模型连接负载引起功率流特性分析的误差规律,数值仿真结果表明:随着梁板长度比增大,结构边界刚度的减小,忽略连接负载造成的功率流分析结果误差增大,此时在梁板耦合建模中必须考虑连接负载;梁与板厚度接近时,考虑与不考虑连接负载的仿真数值相近,为了方便计算,可以在建模中忽略连接负载。     

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。     

基于零厚度粘聚力单元的钢筋混凝土板在爆炸荷载下的动态破坏过程分析

军火库或危险品仓库存在着偶然爆炸的威胁,而钢筋混凝土是这些建筑物的主要构成材料,因此研究钢筋混凝土结构在爆炸荷载下的破坏过程具有重要意义。该文基于LS-DYNA动力有限元程序,利用任意拉格朗日–欧拉（ALE）方法,以及多物质流固耦合方法对混凝土结构在爆炸荷载作用下的动态破坏过程进行研究。为了更好分析混凝土结构在爆炸荷载作用下的动力响应,采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料本构模型,并引入零厚度粘聚力单元来模拟混凝土的动态破坏过程,克服基于侵蚀算法单元删除带来的质量损失问题。该文首先介绍零厚度粘聚力单元模型的生成过程并对比试验结果,验证所建立的零厚度粘聚力单元模型的合理性。其次,对比不同爆炸荷载下基于侵蚀算法以及零厚度粘聚力单元两种不同模拟方法的模拟结果,验证基于零厚度粘聚力单元模拟的优越性。最后基于零厚度粘聚力单元模型,分析不同爆炸荷载对混凝土结构动态破坏过程以及碎片抛射的影响。     

C-S模型参数及对非接触爆炸仿真分析的影响研究

依靠SHPB技术,建立了高强度船用钢的C-S模型.对承受冲击因子3.7水下非接触爆炸载荷的结构,基于流固耦合理论,利用6种C-S模型,分别建立动态有限元模型进行非接触爆炸数值仿真,研究了C-S模型参数对仿真结果的影响.研究指出:无论是通过冲击压缩试验还是冲击拉伸试验获得的C-S模型参数,均可获得满意的仿真分析精度;C-S模型参数正确与否,将严重影响结构抗爆性能评估结论的正确性.     

基于ADAMS的码垛机器人动力学刚柔耦合分析

目的 为了更全面地了解码垛机器人的动态性能,分析码垛机器人臂部变形对其运动精度的影响.方法 以ABB的IRB760型机器人为分析对象,运用Lagrange法计算得到其刚柔耦合动力学模型,然后运用ADAMS软件对机器人在一个工作周期内的运动过程,分别进行刚体动力学仿真和刚柔耦合动力学仿真.结果 机器人末端执行器柔性仿真的速度曲线与刚性仿真的速度曲线基本相同,在运行过程中速度变化平稳连续,无突变,而位移曲线机器人运行状态改变时有区别,柔性仿真的加速度波动较大.结论 码垛机器人臂部柔性变形对机器人的运行精度及稳定性影响较大,采用刚柔耦合方法可以更加准确地分析码垛机器人的运行状态.     

基于递推估计的保鲜环境信息感知系统设计

目的 为降低鸡蛋在流通过程中的破损率,利用有限元法分析鸡蛋在振动条件下缓冲包装系统的响应特性,以选择其缓冲包装结构。方法 通过鸡蛋压缩实验,测试鸡蛋的破损强度,并分析鸡蛋的流通环境,确定振动的类型、频率和幅值;以聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene,EPS)为缓冲材料,选用2种缓冲结构,建立基于流-固耦合特性的鸡蛋缓冲包装系统有限元模型,分析不同缓冲厚度下2种结构的振动特性。结果 通过压缩试验测定鸡蛋破损强度极限值为5.3 MPa,为有限元分析提供评价条件。有限元仿真结果表明,结构?应力普遍大于10 MPa,不利于鸡蛋的保护,同等厚度下结构Ⅱ的应力明显减小;采用结构Ⅱ且缓冲厚度δ＞3 mm时可避免鸡蛋在振动过程中发生破损。结论 有限元仿真可快速、有效评估鸡蛋缓冲包装,选取较为有益的缓冲结构,提升鸡蛋流通中的安全性。     

蛇形机器人水中上浮下潜运动仿真研究

根据水下环境特征,研究蛇形机器人在水中三维空间的运动步态.基于虚拟机器人实验平台(V-REP)动力学仿真软件搭建了具有垂直和水平关节的蛇形机器人模型,在蛇形曲线生成蜿蜒运动的基础上,采用逐节升降法实现了水中的上浮下潜运动步态.分析了蛇形机器人在水中运动过程中的位态、受力、关节力矩及运动效率的状况,为蛇形机器人水中运动的实用化提供数据参考,同时验证了逐节升降法实现蜿蜒下潜上浮的有效性.     

基于五次多项式的码垛机器人轨迹规划

目的为了实现多轴码垛机器人速度和加速度变化曲线光滑、稳定,简化轨迹规划算法。方法介绍码垛机器人结构,并在码垛机器人结构基础上对码垛机器人运动进行分析,在关节空间下提出一种五次多项式插值的码垛机器人轨迹规划方法,利用五次函数对码垛机器人各个关节速度和加速度进行拟合插值。结果仿真结果表明,五次多项式轨迹规划方法拟合曲线更加光滑,同时保证速度和加速度无突变,保证了码垛机器人运动过程更加平稳。结论该轨迹规划方法能够保证码垛机器人按照预定的轨迹实现速度和加速度的平滑过渡,提升了码垛机器人运动精度。     

一种球形机器人高速直线运动的自适应控制方法

具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向。针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究。提出面向高速直线运动的球形机器人标准动力学模型并且以此作为控制方法的研究基础,将积分项和分数阶微积分项与分层滑模控制方法相结合,并且对高速运动过程中的未知扰动进行自适应评估和补偿,基于BYQ-GS高速运动球形机器人对该方法的控制效果展开验证。研究结果表明,在高速直线运动状态下,随着速度的增大,该控制方法能够有效提高系统响应速度、收敛速度、稳定性和鲁棒性,对球形机器人高速精准控制的实现有重要的意义。     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

基于遇障速度法足球机器人的路径规划

提出了机器人在动态环境下的路径规划方法。这种方法基于机器人运动速度信息制定的避障策略。通过遇障速度的几何变换产生可达避障速度，从而确定运动路径上潜在的障碍物。同时，还推导了机器人路径搜索树网格算法。足球机器人仿真比赛表明，这种方法适用于动态和静态障碍物的避障。     

基于Canfield型关节的蛇形机器人运动仿真研究

应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的蜿蜒、转弯和伸缩步态进行了实验研究和分析,为该类蛇形机器人设计提供了可行性。     

三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真

目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink和Adams进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。     

Motion economy analysis for robotic kitting tasks

Motion economy principles for robots provide important design guidelines to optimize performance in robotic workcells. This work compares two different modes of motion through component part bins for a kitting task. By applying graphic simulation, an extensive analysis and evaluation was conducted for ten different robots in four classes and three group sizes for 27 different bin locations (positions and orientations). Several conclusive motion economy principles related to robot motions and workplace design were derived.     

基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划

目的为了保证包装堆直角坐标堆垛机器人系统能够平滑、稳定、高速运行,避免机器人出现速度、加速度的突变,并对机器人轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的运动过程,在此基础上提出一种基于多项式的S型曲线包装堆垛机器人轨迹规划方法,并设计机器人控制系统,利用威纶TK6050ip触摸屏对机器人进行监控和参数设定,采用西门子S7-200 PLC和EM253位置控制模块实现对机器人速度和位置的控制,最后对机器人运动轨迹进行仿真实验分析。结果仿真实验结果表明,该轨迹规划方法能够保证机器人速度和加速度无突变,确保了机器人平滑稳定运行。结论该控制系统有效提高了包装堆垛机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

基于包装生产线的3-PUU并联机器人的动力学研究

目的 为了提高机器人在包装生产线上抓取、码放包装物品时的控制精度和稳定性,需要准确地了解机器人的动力学特性,对3-PUU并联机器人的动力学特性进行研究.方法 以现在常用的3-PUU型并联机器人为研究对象,介绍了其基本结构,运用达朗贝尔法对其动力学进行数学建模分析计算,然后建立机器人实体模型,导入Adams软件中进行仿真计算,并与在Matlab中编程计算得到的结果相比较.结果 得到了机器人的动力学方程,仿真得到机器人驱动滑块的位移、速度、加速度曲线,与Matlab编程计算得到的结果相吻合,且曲线平滑连续,无突变.结论 验证了数学模型的正确性,可以为机器人的电机选型及精确控制等提供理论基础.