基于等效机械模型的液舱-运动模拟平台系统动力学分析

液化石油气等液态燃料在运输过程中受运载工具运动状态变化的影响易产生晃动,液舱晃动引起的流体冲击载荷将威胁运载船舶及车辆的安全性,严重时会发生倾覆。运用运动模拟平台进行液舱晃动试验是目前的重要研究手段,文中基于等效机械模型方法对液舱-运动模拟装置的动力学进行了研究。首先,建立了在纵荡激励下矩形充液液舱的等效机械模型,并通过试验及仿真对等效机械模型进行验证。基于矩形液舱等效机械模型,联合Stewart并联机构,建立了液舱-运动模拟平台系统的动力学模型。通过与等质量无晃动系统进行对比,分析了晃动产生的流体载荷对运动模拟平台受载的影响。结果表明:激励频率对运动模拟平台受载有显著影响,在接近液舱固有频率的情况下,运动模拟平台所受载荷明显增大。该研究可为晃动模拟平台的承载能力校核、设计及控制提供参考。

基于运动补偿的起重船吊装过程抑摆控制

为了解决起重船海上作业受风、浪和流等环境载荷作用导致吊物大幅度摆动问题,本文综合考虑波浪力、系泊力和风载荷等对起重船运动影响,提出基于运动补偿的起重船吊装过程抑摆控制方法。通过建立起重船-吊物系统动力学模型和机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件的二次开发,实现对起重船-吊物系统耦合运动的时域模拟,研究不同海况下有无补偿装置的吊物运动响应。计算结果表明:起重船-吊物系统具有复杂运动特性,导致不同海况下吊物呈现多种空间运动轨迹;5级海况下补偿装置可以使吊物摆动幅值降低65%;4级海况下补偿装置可以使吊物摆动幅值降低55%。

随机波浪下波浪滑翔机的动态响应研究

针对波浪滑翔机在实际波浪作用下会产生复杂运动,而目前研究多在规则波浪条件下开展的问题,本文对波浪滑翔机在随机波浪激励下的运动过程和推进性能进行了研究。通过JONSWAP波浪谱及浮体的幅值响应算子(Response Amplitude Operator,RAO),得到了浮体在随机波浪激励下垂荡响应;基于莫里森方程定义了波浪滑翔机运动过程中所受水动力,建立了多体动力学模型;利用数值方法计算了波浪滑翔机在随机波浪下的动态响应。结果表明,和规则波激励相比,随机波浪下波浪滑翔机的翼片转角、缆索摆角、前进速度、推进力等要素的动态响应不再具有周期性,缆索张力以及水上浮体与水下推进机构的运动轨迹也随着随机波浪波高的增、减产生显著变化。

基于多体动力学的海底管线终端布放过程分析

为了充分了解海底管线终端(Pipeline end termination,PLET)布放动态过程,提高安装质量,本文基于多体动力学方法对PLET布放过程进行研究,采用经验公式确定各结构物上的水动力,建立了布放过程动力学仿真模型,通过开展PLET动态过程响应分析,得到流速、水深、PLET尺寸对缆索伸长、PLET落点偏移以及缆索顶端受力等的影响规律,研究结果可为提高PLET安装质量提供一定的理论支撑。

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明:NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer,TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。

海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和Newmark-β法对冷水管涡激振动(Vortex-Induced Vibration,VIV)进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明:随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。

考虑常见故障的船舶输出轴系的刚柔耦合动力学模型

针对船舶输出轴系的不对中和不平衡故障进行动力学仿真,基于刚柔耦合方法建立船舶输出轴系的动力学模型。首先,将刚柔耦合模型与多刚体模型进行对比分析可知,基于刚柔耦合模型的船舶轴系的转速会出现速度波动且横向振动会出现多倍频现象;其次,研究转子不平衡和不对中故障对轴系振动特性的影响及振动对故障因素的敏感程度可知,船舶输出轴系只存在不平衡故障时,其弹性支撑的横向和垂向振动频谱只呈现单一的倍频,且幅值随着不平衡量的增加而呈增大趋势。当轴系存在不对中时,其轴向和垂向振动对转子不对中的敏感度较低,其弹性支撑的振动除了1倍频外还出现多倍频成分。随着平行不对中量的增大,转子系统1倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势,随着角度不对中量的增加,转子系统的2倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势。不对中量对转子系统2倍频及多倍频幅值贡献较大,当不对中严重时,其2倍频特征幅值明显超过1倍频幅值。此研究可为船舶推进轴系的设计和故障诊断提供理论依据和参考。

含间隙机构中的混沌现象

对含间隙的平面连杆机构进行了动力学建模，并采用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射的方法研究了含间隙机构动力学行为的混沌现象，发现了含间隙机构的动力学响应存在奇异吸引子，而且间隙是导致混沌和影响Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射形态的主要因素。

运用凯恩方程建立弧面分度凸轮机构的动力学模型

运用凯思方法对考虑电动机特性、间隙等因素的弧面分度凸轮机构进行了建模和求解。事实证明用多体理 论对分度凸轮建立的模型可以方便地处理间隙等非线性因素，而且使建模过程简洁直观。

含间隙弧面分度凸轮机构动力学的实验研究

分度凸轮机构是大多数自动机械中的核心环节,其动力学特性对机器的整体性能起到关键的作用。间隙是影响分度凸轮机构的动态性能的最重要因素之一。文中对含间隙弧面分度凸轮机构的动力学问题进行实验研究,介绍建立弧面分度凸轮机构实验台的方法,并给出不同转速条件下载荷盘和靠近分度盘位置上的加速度响应。实验结果证明间隙对分度盘的影响更为严重的结论,验证含间隙分度凸轮机构动力学方程的理论分析结果。

筏式养殖海带收获装置的发展现状

中国是世界上最大的海带养殖国。目前,养殖海带的采收主要依靠人工完成,劳动强度大,效率低,成为制约海带产业发展的瓶颈因素之一。随着劳动力成本攀升,从事艰苦作业劳动力短缺,迫切需要发展海带机械化收获技术。本文主要针对筏式养殖海带的机械化收获装置的研发现状进行综述与分析。在介绍筏式养殖海带模式特点及手工收获海带过程的基础上,对各种海带收获装置的特点进行了介绍,归纳了海带收获装置的行进、苗绳捕获及分离、传输和加工等核心模块及其功能特征,分析了海带养殖形式对海带收获装置的结构和设计的影响,提出需要综合考虑海带形态特点、生长环境和养殖模式的特殊性来研发适合中国国情的海带收获装置,探讨了海带收获装置开发中需要注意的问题。

水产养殖用水下移动机械手的耦合动力学分析

对水下移动机械手系统中本体与机械手之间的耦合动力学进行了研究,分别采用指数积方法和凯恩方程对水下移动机械手系统进行了运动分析和动力学建模并进行了求解,模拟了机械手在展开的过程中本体的运动,该研究工作对于进一步了解水下机械手的工作特点和开展机构的控制有重要价值。

用包络理论生成空间分度凸轮的啮合曲面

提出一种用包络理论生成空间分度凸轮啮合曲面方程的新方法 ,利用这种方法可以方便简洁地求出空间凸轮的啮合廓面。还通过一个简单的推导证明此结果和用共轭曲面理论的结果是一致的。

“机械原理”机构运动参数测量实验教学的改革与实践

为了改善机械原理课程中机构运动参数测量实验的教学效果,介绍了基于无线测量技术的机构运动参数测量实验教学改革的实践和尝试。从工程应用出发,将无线加速度传感器测量手段应用于机构运动学参数测量的实验教学中,搭建了基于无线测试系统的曲柄导杆滑块运动参数测量台,并对该实验的实验装置、实验内容和方法等环节进行了改进,取得较好的效果。通过该实验教学改革,制作了新的机构运动参数测量系统,开拓了学生的视野,培养了学生自主创新的能力。

含间隙机械系统动力学响应的特征

用谐波平衡方法和数值积分方法 ,分析了受单频激励的含间隙机械系统的动力学响应 ,发现在频域中存在多个峰值 ,其对应的频率值为激励频率的奇数倍。同时本文分析了间隙。

含间隙连杆机构的分叉和混沌现象

运用冲击副模型对含间隙连杆机构的动力学响应进行了研究 ,发现间隙的很小变化将引起周期响应与混沌响应之间的相互转化 。

深海声学释放器释放过程的动力学分析

深海释放器是海洋观测仪器、海洋工程中关键设备。研究考虑海流、释放器部件碰撞等因素的深海释放器释放过程的动力学情况,采用多体动力方法建立某深海释放机构的动力学模型,模拟释放机构的释放过程中各构件的运动情况和运动轨迹,计算释放机构在释放过程各组成构件的运动参数,该方法可以用于模拟深海释放器释放过程状况,分析释放器失效的原因和指导释放机构的设计。

指数积方法在空间机构运动分析中的应用

介绍了指数积方法的原理 ,以及它在空间闭链机构运动分析中的应用。研究表明 ,用这种方法来进行空间闭链机构的运动分析 ,可以大大简化其计算过程 ,并具有简单易懂、通用性好等优点 ,在复杂空间机构的运动学和动力学分析中 ,有很大的应用潜力。

基于无线传感器的平压平模切机动力学响应的测试和分析

对某型号全自动平压平模切机的滚子链-牙排系统的动力学响应进行了实验研究,采用无线加速度传感器测量了牙排在不同工位下的三维加速度响应。通过对加速度信号的分析,获得了牙排进纸的间歇运动规律,并分析了速度、加工位置等因素和动力学响应的关系,为进一步研究平压模切机机器的性能提供依据。

计算机辅助分析技术在机构学中的应用

总结了近年来机构学领域计算机辅助分析技术的使用情况 ,指出了此种技术在机构的结构分析、机构的运动与动力分析。