计入关节摩擦的空间桁架结构动力学建模及共振分析

关节非线性对大型可展开空间桁架结构整体动力学特性有着重要影响.将关节模拟为具有六个方向刚度且其中任意方向可含有非线性特性的弹簧系统,研究了空间桁架结构非线性动力学建模与共振分析方法.采用双线性滞回模型模拟关节的摩擦特性,基于描述函数法得到了关节等效刚度和等效阻尼的解析表达式.在对两端含非线性关节的桁架构件进行动力学缩聚...     

横向流体激励下绳索的动力学分析

通过分析横向流体对绳索的作用力 ,建立了绳索的动力学方程。借助 Pilipchuk坐标变换 ,使具有零刚度的绳索动力学方程包含静刚度项 ,继而使用两变量摄动方法对绳索运动进行近似分析。然后 ,用数值方法考核了近似分析结果的可靠性 ,讨论了流体速度、绳索质量、重力和初始状态等对绳索运动行为的影响。     

带可控臂的绳系卫星短距释放实验研究

通过绳系卫星轨道面内运动的天-地动力学相似,利用地面物理仿真平台实验研究绳系卫星短距离释放的控制问题.首先建立带控制臂的绳系卫星系统非线性动力学方程,获得天-地动力学相似条件,采用比例-微分反馈控制方法,对受控绳系卫星的姿态运动进行数值仿真.其次,利用地面物理仿真平台实现绳系卫星的天-地动力学相似环境,通过单根刚性臂实现卫星姿态运动和系绳摆动的两自由度运动控制.实验和数值对比结果表明,借助控制臂可以有效的对绳系卫星的释放进行控制.     

形状记忆合金变刚度软作动器设计

软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性,为实现软作动器结构的轻量化,保证抓取与承载能力,采用形状记忆合金丝作为驱动元件,设计出一种可变刚度的软作动器。首先,基于形状记忆合金（shape memory alloy,简称SMA）一维本构关系建立了作动器的弯曲变形力学模型;其次,通过实验对力与变形之间的关系进行了验证,弯曲变形与理论结果一致;最后,通过回弹结构的动力学设计,使得该作动器能够在恢复阶段快速回到初始形态。实验结果显示,加热用于变刚度的形状记忆合金丝可显著提升作动器的负载能力,从而达到变刚度的效果。     

双摆与单侧刚性约束面之间的斜碰撞振动

研究了简谐力矩激励作用下的平面双摆与单侧刚性约束面之间的斜碰撞振动,讨论并推导了系统在斜碰撞前后的状态关系,并用数值方法研究了激励参数和系统物理参数的变化对系统稳态行为的影响,揭示了斜碰撞振动系统的运动复杂性．     

论分布式陀螺柔性体结构的动力学建模问题

针对含分布式控制力矩陀螺的柔性体结构动力学建模问题,研究了结构和陀螺之间相互耦合对结构固有振动的影响。通过基于有限元离散的建模思路,获得了含分布式控制力矩陀螺的结构动力学模型。对比模态叠加方法,提出原柔性体模态的概念。结果表明,分布控制力矩陀螺对结构固有振动产生了本质的影响。基于原柔性体结构前几阶模态的模态叠加法,由于没有计入结构和陀螺之间的耦合效应,所得到结构动力学降阶模型具有较大误差。     

充气自旋结构的动力学特性研究

针对一种共机架式充气自旋结构,对其进行精确动力学建模与动力学特性分析。分别采用绝对节点坐标描述的缩减壳单元和自然坐标法建立柔性充气管与刚体卫星的动力学模型,基于拉格朗日乘子法将运动学约束引入系统动力学方程,建立其刚柔耦合多体系统动力学模型。考虑充气自旋结构在平衡构型处的线性振动,通过坐标变换推导充气结构在匀速自旋下的特征方程,采用频率平移方法计算其共振频率与模态振型,并利用有限元软件验证其正确性。研究充气自旋结构共振频率随转速和充气气压变化的规律,仿真结果表明,自旋转速与充气气压等因素会引起共振频率曲线的转向、交叉以及模态切换等现象,从而影响充气自旋结构的稳定性。     

舰载机拦阻系统动力学建模与控制

提出了一种液压吸能和滑轮机构相结合的舰载机拦阻系统模型,然后建立了计入拦阻索弹性的拦阻系统非线性动力学模型．基于高斯伪谱方法获得了舰载机拦阻过程的最优控制轨迹,并应用线性二次型最优控制跟踪该最优轨迹,数值结果验证了该方法的可行性,最后讨论了空气阻力与甲板摩擦力对控制过程的影响．     

计入姿态的绳系卫星概周期振动

建立了计入子星姿态的绳系卫星系统非线性动力学模型,研究了状态保持阶段系统的动力学行为。因计入子星姿态运动,导致子星高频振动与系绳低频摆动耦合,使得面内绳系卫星系统成为快-慢时变的非线性振动系统。应用变量分离和多尺度方法,获得了绳系卫星系统在平衡位置附近的概周期运动。结果表明,计入子星姿态的面内绳系卫星系统表现为概周期振动。     

周期胞元平面桁架结构等效动力学分析

基于能量等效研究了周期胞元构成的平面桁架结构等效动力学建模问题。通过相邻胞元应变协调条件,将胞元的应变场阶次降阶为Timoshenko梁对应的应变场阶次。根据周期胞元的中心位移,获得胞元应变能与动能,进而利用Hamilton原理得到平面桁架结构等效连续体动力学方程。基于等效连续体模型和有限元模型,对周期胞元桁架结构进行了固有特性分析,验证了等效连续体模型的正确性和精度。