具有组合非线性阻尼的非线性能量阱振动抑制响应分析

非线性能量阱是一种振动能量吸收装置,其在结构振动抑制中具有十分重要的作用.文章对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行振动抑制相关的分析.首先对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行理论模型的描述,对系统模型的运动方程利用复变量平均法进行推导,得到系统的慢变方程.其次对系统的慢变方程运用多尺度法进行强调制响应的分析,通过对系统进行慢不变流形和相轨迹的研究,描述系统强调制响应发生的条件基础.此外,还利用一维映射对系统进行分析,揭示外激励幅值对强调制响应存在时频率失谐系数取值区间的影响规律.最后利用能量谱、时间响应和庞加莱映射对耦合组合非线性阻尼非线性能量阱系统进行了振动抑制的相关研究,揭示组合非线性阻尼的非线性能量阱不同阻尼比、阻尼和刚度对其振动抑制效果的影响规律,得出组合非线性阻尼非线性能量阱和主结构响应存在一致性的现象,并验证所提出的组合非线性阻尼非线性能量阱模型具有较好的振动抑制能力.

细编穿刺C/C复合材料不同层次界面剪切强度的测试分析

利用原位测试系统得到细编穿剌 C/ C复合材料纤维 /基体及纤维束 /基体两种不同层次界面的顶出实验数据 ,然后利用界面弹簧模型对纤维及纤维束的顶出实验过程进行有限元法计算机模拟 ,编制了分析程序 。

基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究

针对柔性航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略,在保证航天器完成指定的姿态机动的同时抑制对系统影响较大的挠性附件的振动。考虑到柔性附件模态变量难以测得以及存在外界干扰力矩,设计了只利用姿态信息的反馈控制器,并根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计前馈鲁棒多模态输入成形器,进一步提高闭环系统的性能。仿真结果表明,应用该策略成功地抑制柔性附件的振动及改善系统的机动时间,并使系统性能对参数的摄动具有很强鲁棒性。

一种Hilbert变换法在非线性系统分析中的应用

Hilbert变换是信号处理领域常用工具之一,将Hilbert变换法改进并应用到信号分解和非线性系统振动分析中。振动信号的多谐波性,使得Hilbert变换法提取信号的瞬时频率和瞬时相角可以通过滤波的方法分离成快变和慢变两部分,从而提取系统的振动分量;通过迭代计算,依次获得振动信号中所有谐波分量;将非线性振动方程用瞬态幅值相关的瞬态参数表示,从而求解系统的频响关系曲线方程。通过相应的数值模拟计算,验证了改进的Hilbert变换法在非线性振动分析的有效性。

控制受限柔性航天器姿态机动内闭环成形控制

针对柔性航天器带有执行机构饱和的姿态控制问题,提出了一种将反馈控制与内闭环信号成形相结合的控制方法。将成形器作用于系统内闭环回路中,通过人为引入控制延时达到抑制振动的目的,避免敏感器扰动、执行机构饱和等非线性影响控制器振动抑制效果。全物理实验结果表明,在反作用飞轮存在控制力矩饱和的情况下,该方法不仅使航天器快速地、平稳地完成高精度姿态机动,而且显著地减少了柔性结构的弹性振动,具有算法简单、易于在轨实时计算的优点。

空间绳系系统自由展开建模与仿真

运用Hamilton原理建立了空间绳系展开动力学模型,研究绳系展开过程中绕线盘出线、系绳振动以及末端质量的运动规律,并利用中心差分法、四阶Runge-Kutta和预估校正法等数值方法对绳系的自由展开过程进行仿真,仿真结果显示该模型可以较精确描述绳系系统在展开过程中的复杂非线性动力学行为,绳系自由展开不能满足稳定展开的要求,仿真数据可以为后续的绳系展开控制提供参考依据。

无扰载荷航天器相对运动动力学建模

为满足无扰载荷(DFP)航天器中非接触式作动器对有效载荷模块(PM)与支持模块(SM)之间相对运动的要求,本文建立了PM与SM之间的六自由度相对运动动力学模型。考虑立方构型DFP接口,分析了作用于PM与SM的力和力矩。考虑DFP航天器相对运动控制的特殊性,建立了SM相对PM的相对姿态动力学模型和PM相对SM的相对平动动力学模型,然后采用比例微分(PD)控制方法设计了DFP航天器的控制系统。数值仿真结果表明,定向状态或姿态机动过程PM与SM六自由度相对运动均满足非接触式作动器作用范围的要求,既可保证PM与SM无机械接触,又可实现对PM精确定向和姿态机动,说明六自由度相对运动动力学建模对研究DFP航天器具有重要意义。

电动力绳系离轨系统中绳索动力学研究

基于电动力绳系离轨系统动力学建模问题,提出了一种考虑绳索弯曲变形特性的柔索模型.该模型可以反映在电动力拉力和重力梯度力作用下绳索的弯曲变形情况,以及绳索变形后对感应电动势和电动力拉力的影响,利用算例比较了柔索模型和其他常用哑铃模型的差异.同时,借鉴海底拖曳系统中绳索的建模方法,建立反映电动力绳系在离轨过程中振动情况的绳索振动模型.仿真结果表明,横向振动是电动力绳系在离轨过程中的主要振动形式.

刚柔耦合系统的输入成形控制

为实现对大范围运动刚柔耦合系统的振动抑制,提出基于一次近似动力学模型的输入成形控制方法.针对中心刚体-柔性旋臂梁系统,在变形位移的描述中计及纵向变形的二次耦合项,建立一次近似动力学模型用于振动控制.考虑到大范围运动刚柔耦合系统中柔性梁有别于结构动力学中定边界梁的模态特性,设计抑制柔性振动的鲁棒多模态输入成形器.仿真结果表明,该策略在完成大角度机动的同时成功地抑制了柔性梁的振动.

单晶碳和锗薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学（NEMD）方法分别模拟碳和锗纳米薄膜的法向热导率.模拟结果表明：厚度为2～5nm的碳晶体薄膜在温度为300～500K的法向热导率显著小于对应的大体积晶体的实验值,并随薄膜厚度的增加而增加,法向热导率与薄膜厚度呈近似线性关系；厚度为2.8175～11.27nm的单晶锗纳米薄膜在温度为300～500K时的法向热导也存在明显的尺寸效应,薄膜的热导率与其厚度呈近似线性关系,并且随着薄膜厚度的增加而增加.

遗传-粒子群算法模型修正

用部分测量模态数据对5层钢架结构进行模型修正,将遗传算法、粒子群优化算法、遗传-粒子群组合算法3种算法在该模型修正过程中的效率和精度进行比较,结果表明修正后模型的全部四阶频率和振型都能在不同程度上向目标值靠近,证明3种算法都能够有效修正模型,而且遗传-粒子群算法能在前期利用遗传算法进行高效全局搜索,后期利用粒子群算法进行细致局部搜索,与单独使用遗传算法或粒子群算法相比,组合算法效率和精度更高.

柔性航天器大角度机动闭环开关序列控制

针对柔性航天器大角度姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出了一种闭环脉冲序列控制方法.该方法利用姿态角和角速度作为反馈信号,分别使用喷气推力器、反作用飞轮完成姿态的粗、精控制,以实现航天器的快速大角度机动;同时,为实现平稳的机动过程,设计成形的喷气开关控制指令,以避免机动过程中推力器激起柔性结构的持续振动.全物理实验结果表明,该方法不仅使航天器完成姿态的机动,而且显著地减少了柔性结构的弹性振动,并且具有节省燃料、算法简单、易于在轨实时计算、工程可行性及有效性高的优点.

用于统计能量分析参数辨识的子空间方法研究

利用统计能量分析法预示航天器结构高频动力学响应时,正确估计各子系统的统计能量分析参数至关重要。论文从实验参数辨识角度,基于子空间法的统一理论框架,提出功率流模型辨识/耦合矩阵修正方法(PMI/CMA)辨识系统的内损耗因子和耦合损耗因子参数。首先利用子空间法直接由时域测试数据辨识功率流模型的等价状态空间模型,然后利用辨识模型特征参数修正初始耦合矩阵。耦合矩阵修正方法考虑了子系统间的耦合信息,并通过寻求耦合矩阵初始值相对误差的最小范数解得到修正参数。最后利用两个实际结构分别对算法进行了仿真分析并与功率流实现/统计能量分析模型修正方法(PRM/SMI)进行了对比,验证了PMI/CMA方法的有效性。

基于DFM/FEM铝蜂窝夹层结构耦合损耗因子预测

在使用统计能量分析对复杂的蜂窝夹层结构进行高频动力学响应预示的关键环节之一在于准确估算耦合损耗因子。研究应用对偶模态/有限元法(DFM/FEM)估算铝蜂窝夹层结构之间的耦合损耗因子,通过算例对该方法进行仿真验证,结果表明,该方法可行且高效准确。最后对L型耦合铝蜂窝夹层板结构进行振动实验,并使用功率输入法辨识试件间的耦合损耗因子,比较功率输入和和对偶模态/有限元法结果,两者一致性好,进一步验证了对偶模态/有限元法估算铝蜂窝夹层板系统耦合损耗因子的可行性,扩展了统计能量分析在复杂结构上的应用。

高温高压阀体蠕变的有限元分析

对三十万发电机组旁路装置中高压蒸汽转换阀阀体进行了有限元分析，给出了十万小时后的蠕变位移、应变及应力。

柔性航天器自适应多层神经网络跟踪控制方法

针对柔性航天器的姿态跟踪以及振动抑制问题,提出了一种自适应多层神经网络控制方法。利用自适应多层神经网络来补偿系统的非线性项,利用光滑变结构项来补偿神经网络逼近误差及外部干扰。柔性航天器为典型的一个中心刚体加柔性附件的结构,假设模型参数未知并且具有任意的有限维。控制器只利用姿态角和角速度信息进行反馈控制,不需柔性附件振动信息。最后,实验表明该方法可以有效地完成姿态跟踪和振动抑制。

刚柔耦合系统神经网络跟踪控制方法研究

针对刚柔耦合系统的姿态跟踪及振动抑制问题,采用一次近似动力学模型,提出了一种神经网络控制方法。典型刚柔耦合系统由一个中心刚体和带有末端质量块的柔性附件组成,假设系统参数未知并且截断模型具有任意的有限维。该方法利用多层神经网络补偿系统非线性项及未建模动态,利用其自学习和自适应能力,降低不确定性因素对系统产生的影响;并且控制器只利用姿态角和角速度信息进行反馈控制,不需要知道柔性附件振动信息。理论分析和实验结果表明该方法使闭环系统所有信号一致最终有界,能有效地使系统完成姿态跟踪,而且能显著地减少柔性结构的弹性振动。

空间绳系研究综述

空间绳系根据原理主要分为两类:动量交换绳系和电动力绳系。文章详细介绍了两者的基本原理、动力学模型和控制策略,描述了空间绳系技术实验项目的研究情况以及绳系结构设计和生存能力问题,对空间绳系的研究热点以及发展趋势进行了预测,同时列举了大量关于空间绳系技术的参考文献。研究表明:动量交换绳系和电动力绳系都可以实现无推进剂推进,提供各种离轨和再入功能,具有广阔的应用前景。

带飞行因子的粒子群算法的铝蜂窝夹层板模型修正

蜂窝板结构具有较高的比强度、比刚度和良好的隔热隔振、耐冲击等优点,在航空航天领域得到了广泛应用。根据等效板理论将蜂窝夹层板等效为壳单元,以试验测得的前五阶模态频率为基础,用带飞行因子的粒子群算法对其材料等效密度和刚度参数进行模型修正,修正后模型计算频率与试验值误差较原误差有了明显减小,与标准粒子群算法相比,带飞行因子粒子群算法修正后的模型能更好地逼近原结构,模型质量有了改善。证实了带飞行因子粒子群算法在模型修正过程中的可行性和有效性。

基于ERA的统计能量分析参数确定方法

统计能量分析(SEA)是解决复杂结构高频动力学问题的有效方法,正确估计统计能量分析参数则是利用该方法得到可靠分析结果的关键。基于特征系统实现算法(ERA)提出一种确定统计能量分析参数的方法,首先应用ERA辨识统计能量分析系统的最小阶功率流模型,然后利用辨识模型的特征对修正初始统计能量分析模型,进而得到较精确、可靠的参数。三子系统SEA模型的仿真结果验证了利用该方法得到的统计能量分析参数的正确性,而且在一定测量噪声干扰下仍能保持较好的精度。最后,对铝蜂窝夹层结构小卫星的SEA模型进行了仿真,进一步验证了算法可应用于复杂结构的统计能量分析参数识别。