集中式柔性机构动力学等效分析方法研究

基于伪刚体模型与功能守恒定律,建立了集中式柔性机构动力学等效分析方法。在忽略杆件弹性变形的基础上,借助Paros给出的圆弧形柔性铰链扭转刚度计算公式,形成集中式柔性机构的伪刚体模型;依据动能不变及功率不变的原则,将柔性机构的伪刚体模型进行等效处理,建立了集中式柔性机构动力学等效分析方法。采用该方法,分别对单自由度和双自由度柔性机构进行了动力学等效分析,并将获得的解析解与ANSYS软件获得的数值结果进行了对比,证实了本文提出的动力学等效分析方法是十分有效的,该方法为柔性机构的动态优化设计提供了有力工具。

随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法

利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法。文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的方法。简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求。

多点不相关随机振动载荷的动力学等效模拟

地面振动试验能够应用于结构的振动环境适应能力研究,是因为当结构满足一定的动力学特性要求时,试验室振动载荷可以等效模拟实际振动环境载荷的动力学效应。给出了随机振动载荷等效设计的一种工程方法,它基于结构随机振动响应近似分析原理,以结构位移响应和/或应力响应等价为目标,实现了利用单一随机载荷模拟多点不相关随机振动载荷的等效;为了进一步评价等效载荷的有效性,应用累积损伤线性模型分析结构振动疲劳损伤及其等效过程中的变化。简支梁数值模拟结果表明,利用这种方法设计的等效载荷,可以等效模拟多点不相关随机振动载荷,简支梁的响应与疲劳损伤相差不大。

地面和空间机械臂的动力学等效条件与控制相似律

针对如何在地面机械臂上有效验证空间机械臂控制律的问题,本文研究空间机械臂和地面机械臂系统间的动力学等效条件和控制相似律.首先,基于量纲分析研究地面机械臂和空间机械臂之间的动力学等效条件,并基于等效条件设计地面机械臂系统.其次,基于量纲分析建立空间和地面机械臂系统间的控制相似律,设计的空间机械臂控制律通过控制相似律将可以转化为地面机械臂相应的控制律.最后,考虑地面机械臂基座往往无法和空间机械臂的基座航天器一样进行全6自由度运动,以及地面机械臂运动时受到重力影响,使得地面机械臂不再满足动力学等效条件,基于反馈线性化技术设计一种地面机械臂的动力学误差补偿策略,使得地面机械臂和空间机械臂具有相似的闭环动力学行为.这样,空间机械臂的控制律可以在设计的地面机械臂上进行验证,仿真中以在地面机械臂上验证空间机械臂的PID控制器为例说明所提方法的有效性.

张拉整体结构的动力学等效建模与实验验证

为了实现张拉整体结构高效动力学计算,并考虑其大范围运动中柔性杆局部动态屈曲,提出了一种受压细长杆动力学降阶模型,采用五节点弹/扭簧集中质量离散模型等效连续杆的静力学和动力学特性.首先,通过静力学等效分析推导了弹簧拉压刚度和扭簧弯曲刚度表达式,可准确预测杆件受压屈曲和近似预测其后屈曲行为.第二,通过动能等效分析推导了集中质量表达式,可准确预测杆在线速度场下的运动.第三,通过弯曲振动固有模态等效分析确定弯曲刚度和节点质量的分布参数,合适的分布参数取值组合可将降阶模型前两阶固有频率相对误差均降低至1%以内.第四,在全局坐标系下建立张拉整体结构瞬态动力学方程,并利用静力凝聚法实现方程高效迭代求解.最后,分别对球形张拉整体结构准静态压缩、模态分析和碰撞动力学进行仿真和实验对比分析,证明了提出的动力学降阶模型可有效预测张拉整体结构的静力学行为、固有振动特性及瞬态动力学响应,并分析了结构参数变化对其力学特性的影响规律.本文提出的动力学等效建模与计算方法,可望用于软着陆行星探测器、大型可展开空间结构及点阵材料等复杂张拉整体系统的动力学分析与控制.

基于超单元法的无铰式旋翼桨毂动力学等效参数计算方法

以梁模型为基础的旋翼动力学分析中,需输入桨叶剖面特性、桨毂剖面特性和操纵线系刚度等参数。无铰式旋翼动力学特性对桨毂剖面特性较为敏感,简单的面积分方法在计算桨毂剖面刚度时误差较大。基于超单元理论,利用三维有限元对桨毂进行静力缩聚,得到适用于梁模型旋翼气弹分析的等效桨毂动力学参数。旋翼旋转动特性试验结果表明,该等效方法计算准确。

基于超单元法的无轴承尾桨根部动力学等效参数分析

无轴承尾桨柔性梁根部通过金属夹板夹持,在夹持区外侧袖套与柔性梁通过支撑轴承连接。传统的设置刚性梁段的简化分析方法计算低阶模态误差较大,依赖试验修正,无法满足正向工程设计需求。基于超单元理论,利用三维有限元对柔性梁根部夹持区进行静力缩聚,得到适用于梁模型旋翼气弹分析的等效桨毂动力学参数,并分析了柔性梁缩聚长度的影响。尾桨静态特性和旋转动特性试验结果表明,该等效方法计算准确。

腰部外骨骼机器人多刚-柔体动力学等效逆解方法研究及其性能优化综合

针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。

基于等效模型的流体动压指尖密封动力学及泄漏量分析

流体动压指尖密封系统因其结构和工况条件的复杂,无法完整描述其动力学特性和泄漏性能。针对这一情况,通过有限元仿真试验,分析流体动压指尖密封系统动力学参数与指尖密封结构工况参数之间的关系,在此基础上建立等效流体动压指尖密封系统弹簧-质量-阻尼的双自由度动力学模型,实现流体动压指尖密封的动力学和泄漏性能分析。研究结果表明,只要合理选择结构和工况参数,就可以获得具有良好动力学和泄漏性能的流体动压指尖密封系统。所提出的等效动力学模型为以后进一步研究流体动压指尖密封这一复杂系统提供了有价值的思路和条件。通过与国外数据的对比,证明该等效动力学模型的可靠性和提出该模型的必要性。

一种基于键合图的机构等效动力学分析方法

随着机械系统向高速、重载方向发展,构件的弹性变形、转动惯量等因素对机构动力学特性分析有不可忽略的影响,针对一般键合图理论在实现复杂机械系统动力学分析过程中建模困难的问题,本文在考虑构件弹性变形的前提下提出了基于键合图的机构等效动力学分析法,可以实现一般键合图方法难以实现的复杂机械系统建模。该方法包含两部分:基于一般键合图的机构等效动力学分析方法和基于矢量键合图的机构等效动力学分析方法。相比于一般的建模方法,该方法可以应用于三维机械系统领域,实现简单快速建模。

空间可展桁架结构等效动力学模型研究进展与展望

随着航天重大工程的逐步实施,桁架式空间可展结构正朝着大型化、轻量化和多功能等方向发展,该类桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点。为满足大型空间结构的高精度、高可靠性要求,其动力学建模、非线性振动与振动控制等问题越来越复杂且难于处理。因此,大型空间可展结构的等效连续体建模成为研究热点。着重介绍大型空间可展桁架结构等效动力学建模的研究现状,综述了等效动力学建模的研究对象、方法及已取得的成果,提炼出等效动力学建模和与之相应的非线性振动与振动控制研究领域中亟待深入研究的关键科学问题。

基于等效动力学原理的垂向失重运动实现方法

针对航天器高精度地面微重力仿真试验实现难题,提出了一种基于等效动力学原理的垂向失重运动实现方法。通过对该实现方法的原理分析,指出了该方法实现高精度垂向失重运动模拟的等效动力学条件及其适用条件,并分析了基于该实现方法的模拟器构型要求。对模拟误差精度进行仿真分析,结果显示其失重运动模拟精度可达99%,满足高精度微重力仿真试验的要求。

流体动压指尖密封的等效动力学分析

针对流体动压指尖密封动态条件下泄漏量计算因计算量庞大而无法进行的问题,本文提出了基于等效模型的指尖密封动力学分析的思路,通过构建等效模型中等效参数和指尖密封结构和工况参数的关系,建立了用于流体动压指尖密封动力学分析的弹簧-质量-阻尼的等效动力学模型。基于此等效模型进行了流体动压指尖密封的动态分析,并根据动态计算结果进行了指尖密封的泄漏分析。通过与国外文献提供的指尖密封有限元仿真工作的对比,证明了指尖密封等效模型以及依据此模型进行的泄漏分析的可靠性和正确性。

超磁致伸缩换能器等效动力学模型研究

对动态磁致伸缩过程进行分析,并建立了超磁致伸缩换能器的等效动力学模型。应用Green函数得到换能器的固有频率值。讨论了超磁致伸缩材料径向振动对其纵向振动的影响。与弹性杆纵振模型的比较表明,等效集中参数模型简便有效,为换能器参数选择提供了设计依据。

国产氢溴酸西酞普兰片的药物代谢动力学特征及相对生物利用度

目的:观察国产选择性5-羟色胺再摄取抑制剂氢溴酸西酞普兰片在正常人体内的药物代谢动力学行为,并与进口氢溴酸西酞普兰片进行生物等效性的对比。方法:选择经医院伦理委员会审议通过的健康男性志愿受试者20人。实验前签署知情同意书,受试期间停服任何药物,并禁烟和酒。采用随机交叉设计,口服国产氢溴酸西酞普兰片和进口氢溴酸西酞普兰片剂40mg,(国产氢溴酸西酞普兰片由北京万全药物技术开发有限公司和徐州恩华药业集团有限责任公司共同研发,20mg/片;进口氢溴酸西酞普兰片,商品名希普妙,丹麦灵北药厂,20mg/片)。服药后0.5～132h内间隔取血。血样加入内标盐酸普萘洛尔经预处理后用高效液相色谱测定。计算主要药物代谢动力学参数,并以进口片剂为参比制剂,估算国产氢溴酸西酞普兰片的生物利用度,判断其生物等效性。结果:志愿者1人缺席,1人在第一轮试验服药后1h发生呕吐,且132h的血药浓度为7.1μg/L,0.5h血药浓度为0,吸收和代谢均有影响,故舍去;其余18人进入结果分析。国产氢溴酸西酞普兰片和进口氢溴酸西酞普兰片的血药浓度-时间曲线均符合二房室模型,其血药浓度-时间曲线下面积AUC0-132分别为(1894.6±460.2)μg/(h·L)和(1876.9±398.3)μg/(h·L),差异无显著性(P>0.05);达峰浓度分别为(46.1±9.8)μg/L和(47.7±11.7)μg/L,差异无显著性(P>0.05);半衰期分别为(37.6±10.0)h和(38.8±9.8)h,差异无显著性(P>0.05);达峰时间分别(3.2±1.9)h和(3.2±1.5)h,差异无显著性(P>0.05)。以进口制剂为对照,用血药浓度-时间曲线下面积AUC0-132计算的国产氢溴酸西酞普兰片生物利用度为(100.3±11.7)%。结论:国产氢溴酸西酞普兰片与进口氢溴酸西酞普兰片具有生物等效性。

空间站舱体转位试验系统动力学匹配设计与仿真

针对空间站舱体转位地面试验二维模拟空间三维动力学特性的等效性问题,通过第二类拉格朗日动力学方法,建立起在轨与地面试验系统之间的动力学关系,进行了质量特性匹配性设计。基于设计的质量特性,进行了在轨转位和地面试验转位两种仿真分析,仿真结果表明,在轨与地面动力学仿真结果在趋势和峰值两方面一致性很好,所设计的实验舱模拟器质量特性可以用于地面试验系统的研制。

前列腺针刺机器人的动力学建模与仿真研究

针对六自由度前列腺针刺机器人动力学问题,以设计加工的一款新型串联前列腺针刺机器人为对象,对前列腺针刺手术机器人的穿刺过程进行了研究。首次采用了RCM调姿和针刺单位作动的定义,在把单位作动等效成挠动的情况下,建立了机器人等效动力学模型;用拉格朗日方法求得了机器人动力学方程,并利用ADAMS和Matlab软件进行了动力学仿真分析与方程验证,得到了针尖点的运动曲线和各关节的动力学特性曲线。研究结果表明:机器人各关节动力学方程解析曲线与仿真曲线相关系数分别对应为0.4、0.75、0.50、0.74和0.74,吻合程度良好;并以此为基础,对机器人的动力元件进行了选型与校核。

大尺度空间薄膜地面振动试验网格膜等效理论分析与数值模拟

针对薄膜结构对空气阻力效应敏感、难以进行全尺寸地面动力学验证试验的问题,提出采用网格膜作为矩形膜面的等效结构进行地面动力学验证试验。建立了矩形膜面与网格膜的动力学等效准则,对网格膜的预应力场及结构参数进行了限定。算例数值模拟表明,在该等效准则的约束下,网格膜与矩形膜面具有基本一致的动力学特性。同时,声固耦合仿真验证了网格膜对空气阻力效应不敏感。

平面连杆机构等效力和等效质量数学模型

为了计算单自由度平面连杆机构等效动力学模型的等效力和等效质量,推导出便于应用的等效力和等效质量矩阵计算公式.将平面连杆机构看作为质点系和平面刚体系所组成的混合系统,以等效前后虚功相等推导出平面连杆机构等效力普遍表达式;以等效前后动能相等推导出平面连杆机构等效质量普遍表达式.该矩阵计算公式比现有计算公式使用更方便、更能体现出各参数的本构关系.并以一个曲柄滑块机构为例,说明该等效力普遍表达式和等效质量普遍表达式的使用情况.

平面连杆机构等效力矩和转动惯量数学模型

针对单自由度平面连杆机构等效动力学模型——等效力矩和等效转动惯量表达式的推导,将平面连杆机构看作质点系和平面刚体系所组成的混合系统.以等效前后虚功相等推导出平面连杆机构等效力矩普遍表达式,以等效前后动能相等推导出平面连杆机构等效转动惯量普遍表达式,并以一个平面六杆机构为例,说明该等效力矩普遍表达式和等效转动惯量普遍表达式的使用情况.证明了该方法简洁、方便,同时具有一定的普遍性.