悬挂撤离状态井下管柱纵横向耦合动力学特性分析

建立悬挂撤离状态井下管柱纵、横向耦合动力学数值分析模型,同时考虑平台横向撤离以及纵向升沉运动,给出软、硬悬挂边界条件。采用有限单元法进行离散,结合Newmark-β法求解动力学方程,并通过实验验证数值模型的正确性。针对南中国海深水井,分析了悬挂状态的井下管柱纵、横向耦合动力学特性,研究结果表明:纵、横向耦合条件下,井下管柱悬挂撤离时在横向呈现出波浪状位移形态,纵向呈现周期性振动;硬悬挂与软悬挂状态下最大横向位移和纵向位移都出现在管柱最底端;硬悬挂状态下管柱顶端位移较小、弯矩出现极大值;软悬挂状态下管柱顶端位移急剧增加,弯矩在水面附近出现极大值;悬挂撤离状态下管柱纵向位移包络线范围从顶部向底端逐渐增大,而轴向张力包络线范围从底部向顶部逐渐增大;另外,硬悬挂状态下管柱在顶端附近出现轴向压缩,存在发生屈曲失效的风险。

车辆弯道变速行驶时的纵横向耦合控制研究

车辆弯道变速行驶时,纵横向运动存在强烈的动力学耦合效应,通过纵向和横向单独控制很难取得比较理想的控制效果。为了实现复杂工况下车辆自动跟踪控制,建立了纵横向耦合车辆模型,主要包括整车模型、传动系统模型和轮胎模型,根据滑模控制以及动态表面控制理论,研究了车辆在弯道变速行驶工况的动力学耦合控制问题,提出了一种基于滑模和动态表面控制的纵横向耦合组合控制器,仿真结果表明该耦合控制器具有较强的鲁棒性,其纵横向跟踪性能优于无耦合补偿的控制器。

桥上无缝交叉渡线纵横向耦合模型

在城市轨道交通建设中,由于地形条件和环保要求的限制,出现道岔(渡线)全部或部分设置在桥上的情况,既有的无缝道岔计算方法难以解决桥上无缝道岔(渡线)桥梁与相互作用的问题。为此,采用有限元方法,以60kg/m钢轨、12号固定辙叉、4.0m间距无碴轨道交叉渡线为例,建立桥上无缝交叉渡线纵横向耦合的计算模型,为建模计算提供一种新的思路和方法;结合工程实例,对桥上无缝交叉渡线的力学特性进行计算分析,并对今后桥上无缝交叉渡线的设计提出建议。

低附着工况自动驾驶汽车纵横向耦合控制

为提高低附着工况下自动驾驶电动汽车的运动性能,设计了一种车辆串级纵横向耦合控制策略。建立车辆动力学模型,设计了纵向和横向前级控制器,以保证能够跟随规划层的目标行驶路径。设计了后级稳定控制器;计算横摆角速度,补偿横摆力矩。利用Carsim和Simulink软件进行联合仿真,验证不同附着系数下车辆的跟随精度和稳定性。结果表明:横摆角速度、质心侧偏角、轨迹跟随精度的最大误差较非耦合控制前分别减小了约38.6%、45.83%、5.58%;设计的纵横向耦合控制器能够有效改善低附着工况下自动驾驶车辆的跟随精度和稳定性。

视觉预瞄式智能车辆纵横向协同控制研究

针对智能车辆路径跟踪控制的高度非线性及纵横向运动控制的耦合性问题,结合视觉预瞄模型及模型预测控制理论提出了一种预瞄式MPC路径跟踪控制新方法。该方法首先对非线性预测模型进行局部线性化,将MPC最优化求解问题转化为二次规划问题。在每个控制时域内将纵向车速及预瞄距离视为已知,运用指数模型对纵向车速进行描述,并结合道路曲率及实际车速设计了预瞄距离发生器。仿真和试验结果表明:相较于传统MPC跟踪控制方法,本文中提出的预瞄式MPC控制方法在不同车速下均能减小跟踪过程中的横向偏差和方向偏差,提高了跟踪精度,且此提升效果在高速状态下更为明显。

深海采矿水力提升管多场多尺度耦合非线性振动特性

针对深海水力采矿提升硬管流致振动失效问题,采用有限元法、Hamilton变分和虚功原理,建立了多场多尺度耦合作用下深海水力采矿提升硬管非线性振动模型,采用尾流振子模型模拟外部流体对大长径比提升硬管的非线性流体力,考虑了自身纵-横向耦合效应、外部海洋涡激效应以及内流流致振动效应。通过理论计算结果与模拟试验测量数据对比,验证了模型的有效性。研究表明,提升硬管在考虑纵横向耦合、涡激振动和大变形等非线性因素下,提升硬管的振动具有高度非线性特征。随着中间仓质量的增加,提升硬管的顺流向偏移量和均方根应力减小,横流向振动频带分布更广,其顶端受到的轴力更大。小周期、大幅值的波浪对提升硬管的振动、应力和顶端轴力影响颇为明显。

考虑底面摩阻效应的弹性地基梁微分算子级数法

假定地基为具有切向和法向反力的弹性支承体,考虑弹性地基梁的纵横向耦合变形,根据弹性力学基本原理,从梁体微段分析出发,结合小变形条件下梁体几何方程和线弹性本构关系,导得考虑摩阻效应时关于法向位移和切向位移的微分方程组:在此基础上利用微分算子级数法对微分方程组进行求解,得到考虑纵横向耦合变形和底面摩阻效应时地基梁法向挠度和切向相对位移计算公式。最后对一个地基梁实例进行了计算分析,并对摩阻效应进行了讨论。结果表明,微分算子级数法解答能有效地考虑地基梁纵横向耦合变形特征和底面摩阻效应。

软悬挂撤离工况深水隔水管动力学特性分析

针对软悬挂紧急撤离工况下深水隔水管振动失效问题,采用有限元法并结合哈密顿变分和虚功原理,建立了软悬挂钻井隔水管三维非线性动力学模型,考虑了纵横向耦合效应、海洋涡激效应以及隔水管的大变形等非线性因素。借助文献试验参数和结果验证了非线性动力学模型的有效性。采用HYSY981钻井平台隔水管现场参数,探究了浮力块布置和台风重现期对紧急撤离工况下软悬挂隔水管非线性振动响应特性的影响规律。研究结果表明:合理布置浮力块可以减小应力和动态轴力,最优浮力块的布置方法可由所建立的理论模型确定;在高流速区中,隔水管的浮力块布置应该减少,且隔水管的最大应力和位移出现在靠近顶部或者底部区域,现场需重点关注此位置处隔水管的安全性;隔水管顺流向位移随着台风重现期的延长而增大,且靠近上端部分的位移变化较大,在撤离过程中应注意避免隔水管上端与月池碰撞。研究结果可为了解撤离工况下软悬挂隔水管振动响应特性提供参考。

智能汽车纵横向整体反馈线性化控制

针对智能汽车纵横向耦合非线性导致的控制系统模型复杂度高以及轮胎侧偏刚度不确定性影响控制效果的问题,提出了一种基于轮胎侧偏刚度估计的纵横向整体反馈线性化控制方法。首先,建立智能汽车纵横向耦合动力学模型和轨迹跟踪偏差模型;其次,对车辆模型的线性化条件进行了判定,利用李雅普诺夫稳定性分析方法设计了可以保证系统稳定和跟踪误差渐近收敛的虚拟控制律;然后,对轮胎侧偏刚度进行了实时估计;最后,通过基于CarSim/Simulink的高速紧急双移线仿真实验,验证了本文提出的方法可使智能汽车在纵横向耦合工况行驶时具有良好的轨迹跟踪性能和稳定性。