空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展

太阳能是丰富、清洁、可再生的能源,其大规模开发有望缓解世界能源短缺和环境污染问题.由于太空中太阳能的能量密度高、不受天气和昼夜的影响,在太空中建造太阳能发电站是未来进行大规模太阳能发电的重要手段.然而,由于空间太阳能电站超大、超柔、长时间运行、需要高精度指向等特点,使得其动力学与控制问题成为学术界和工程界共同面临的难题.为了加深对空间太阳能电站及其动力学与控制的认识,简要介绍了空间太阳能电站的提出背景,回顾了空间太阳能电站的发展历程,综述了目前国内外主要的空间太阳能电站概念设计方案.最后总结了空间太阳能电站在轨服役阶段的动力学建模方法、复杂太空环境影响分析、数值仿真分析、轨道与姿态控制和结构振动控制等研究现状.研究表明,目前对空间太阳能电站动力学与控制的研究仍然处于起步阶段,其动力学模型主要集中在刚体、梁、板等简单的动力学模型,缺少更能真实反映空间太阳能电站在复杂太空环境下动力学行为的模型.在控制方面,目前的研究主要对空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动分别进行控制,忽略了三者之间的耦合影响,而进行轨道-姿态-结构振动协调控制的研究尚不充分.基于此给出了几点空间太阳能电站动力学与控制未来的发展方向.     

饱和多孔弹性杆热传导的广义多辛方法及其数值实现

首先根据多孔介质理论,利用饱和多孔介质的能量方程和本构关系,推导出饱和多孔弹性杆局部热平衡的热传导方程;继而引入正交变量,将热传导方程导入Hamilton系统,得到饱和多孔弹性杆热传导方程的广义多辛形式和多种局部守恒律形式;接着采用中点离散方法对热传导方程的广义多辛形式进行数值离散;最后利用计算机数值实现了饱和多孔弹性杆的热传导过程,并且讨论了参数取值的不同对热传导过程的影响,同时在数值模拟过程中记录了广义多辛格式的局部动量误差。研究结果表明,构造的广义多辛方法能够很好地模拟系统的热传导过程和耗散效应,同时也可长时间保持系统的固有几何性质。     

基于模态空间的建筑结构滑模控制研究

为了减少建筑结构滑模控制系统的在线计算量,保证其控制效果.基于模态空间的相关理论,采用仅控制少量模态的滑模控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究.给出了确定切换面的方法,并基于指数趋近律设计了相应的控制律.以一个多层剪切型建筑结构模型为例来验证控制方法的有效性,算例数值分析结果表明,所提出的滑模控制方法,控制效果明显,能有效地减小结构的地震峰值响应,且有效地降低了控制系统的在线计算量.     

广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛算法

文章基于Bridges意义下的多辛理论构造了广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛偏微分方程组,利用变分原理得到了多种守恒律,构造了一种等价于Preissmann格式的隐式多辛格式。钟状孤波解的数值模拟结果表明该多辛格式具有较好的长时间数值稳定性。     

药物洗脱支架的力学性能分析与优化设计

药物洗脱支架(DES)由于其卓越的降低再狭窄能力,因而在经皮冠动脉治疗中得到了广泛应用,但也显现出一系列的问题。建立DES模型并进行结构优化从而改善支架结构是一种解决该系列问题的有效途径。文章使用UG软件建立优化后的MAC-J09-3.0支架模型。然后使用有限元分析软件ABAQUS和拓扑优化软件OptiStruct,对支架进行力学性能分析与挖槽设计。将优化后的三种支架进行受力分析与比较发现:通过挖槽设计和优化支撑筋的材料分布,既能增加支架的载药性能又保持了支架的支撑性能。     

MATLAB仿真方法及其在建筑结构风振控制中的应用

从建筑结构控制理论出发，建立了混合控制系统的数学模型及标准状态方程，进而应用IVIATLAB语言中SIMULINK仿真分析方法，得到了系统仿真分析框图，进一步形成了风振作用下的模拟随机荷载，并通过设置系统参数进行了有效的调试。在上述研究的基础上，对仿真分析的结果进行了分析处理。本工作体现了SIMULINK仿真分析方法在建筑结构风振控制中的应用方面存在诸多优势。     

多层粘钢加固钢筋混凝土梁的有限元静力分析

基于叠层梁模型，提出了一种考虑了粘结层影响的多层粘贴钢板加固的钢筋混凝土梁的有限元模型，并用MARC软件对在对称集中静载作用下的开裂载荷，变形与应力进行了仿真分析。     

综合楼整体迁移抬升工程方案设计

结合工程实例 ,提出了建筑物整体平移抬升同步进行的技术方案 ,并对建筑物整体迁移设计中的关键技术和构造措施进行了系统的分析介绍。同步迁移抬升的成功及明显的经济与社会效益 ,表明本工程设计方案先进合理 ,可为类似整体迁移抬升工程提供参考     

质点与Euler-Bernoulli梁任意点撞击问题的解析解

研究梁结构受质点横向弹性碰撞问题,把碰撞问题看成系统振动问题,并用直接模态叠加法(DMSM)求解.撞击点位于梁上任意位置,分别假设梁的左右两部分的挠度函数,根据初始条件、连续性条件和边界条件得到系统对应的频率方程,然后由杜哈梅(Duhamel)积分获得简支梁受横向碰撞时的解析解.算例讨论撞击力、挠度和弯矩的收敛性,也给出这些量随时间变化的曲线.结果显示DMSM方法的有效性并能够进一步推广.     

多稳态力学超材料带隙特性及调控研究

多稳态力学超材料具有多重稳定状态和几何重构特性,在变形吸能和能带调控等方面有重要的研究价值.本研究提出了一种多稳态力学超材料.该超材料是由具有双稳态特性的曲杆和相关实体支撑结构组成.结合有限单元法和布洛赫定理,计算了结构的能带结构,分析了不同稳态条件下结构的带隙特性,得到了几何参数对结构带隙的影响规律,并研究了由5×5个单胞组成的阵列结构中部分单胞变形时,整体结构的传输率.研究发现,双稳态连杆的变形状态可显著改变结构的带隙,尤其是在低频范围内产生了更宽的带隙.整体结构中局部一行或一列单胞变形即可在该方向对应带隙频率范围内实现弹性波传播的衰减.