多级多重模态减缩策略及其在转子系统动力学特性分析上的应用

航空发动机转子部件众多,多部件高维复杂系统计算量大,导致动力学分析困难、计算时间长,进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法,提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结构利用固定界面模态减缩,并行减缩各子结构的内部自由度,同时完整保留子结构间的耦合关系。通过子结构组合定义新一级的子结构,应用多级模态减缩策略提升降维减缩效果,结合多重模态减缩方法,构建界面分支模态,可显著降低转子有限元模型的维数,同时保留关键子结构的动力学特征和系统整体关键动力学特性。此计算策略被用于某弹用发动机转子系统低维减缩模型的建立,利用减缩模型提升了转子动力学分析的效率,加速轴承刚度参数的优化设计。研究结果表明,与ANSYS计算相比,转子动力学分析所需时间降低了99.5%,精度误差不超过0.1%,该计算策略可用于多部件高维复杂系统的快速分析。

法国通用工程师教育中的预科力学课程体系分析

本文对法国预科阶段的力学课程培养大纲进行了深入研究,主要从教学内容和培养目标、教学组织形式和教材这三个方面来阐述,展现了法国工程师教育中预科阶段培养力学专业人才的特色,希望能为“新工科”背景下我国高等教育理工科学校的力学教学和人才培养提供参考。

适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。

涡激旋转下方柱小幅振荡模态的自由流线-边界层理论模型

针对刚体在流体中涡激旋转的数值结果表明,方柱在低雷诺数涡激旋转中有六种模态.本文针对其中的小幅振荡模态,通过综合无黏绕流情况下的自由流线理论与有黏平板的边界层理论,提出了一种理论模型;通过与浸没边界法所得数值结果进行对比,验证了该理论模型的有效性;并分析了小幅振荡模态的主要驱动力,解释了出现周期性振荡的原因.

基于强化学习的机器人多接触交互任务控制

作为自动化和智能化时代的代表,机器人技术的发展成为智能控制领域研究的焦点,各种基于机器人的智能控制技术应运而生,机器人被越来越多地应用于实现与环境之间的复杂多接触交互任务.本文以机器人复杂多接触交互任务为核心问题展开讨论,结合基于强化学习的机器人智能体训练相关研究,对基于强化学习方法实现机器人多接触交互任务展开综述.概述了强化学习在机器人多接触任务研究中的代表性研究,当前研究中存在的问题以及改进多接触交互任务实验效果的优化方法,结合当前研究成果和各优化方法特点对未来机器人多接触交互任务的智能控制方法进行了展望.

兼顾理论与实践的机械振动基础课程教学模式探索

针对目前机械振动基础课程教学中存在的学生学习积极性不高、理论与实践脱节等问题,文章详细对比分析了常用教学方法的特点,并探讨提出ETHCP教学模式,在每节课程中将实验演示、理论推导、历史简述、案例分析和课堂练习有机结合,并通过具体教学案例论述了ETHCP实施过程。教学实践表明,ETHCP可以有效提高学生学习兴趣,并且多数学生对工程中的振动问题可以提出有效的解决思路。

基于非线性模态的复杂系统动力学特性分析方法

针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理论与分析流程;然后,以杜芬系统为例阐述了其在非线性实模态域的应用,以干摩擦系统为例描述了其在非线性复模态域的应用,以压电系统为例展示了其在多场耦合域的应用;最后,给出了基于该理论对大型复杂非线性系统求解时的减缩方法。所提方法的核心在于建立非线性模态参数关于模态幅值的变化规律,不仅将系统的稳态响应求解问题简化为一维代数问题,极大地简化了数值计算过程,而且有助于分析、理解系统的非线性动力学行为。将所提方法与模态综合法结合,可用于高效求解大型复杂非线性系统动力学特性。

旋量理论及其在理论力学中的应用

旋量理论是为力学量身定制的数学工具,因其力学描述统一性,数学描述一般性和计算“求解过程”程式化,在对“多刚体”动力学问题“建模、分析和求解”时具有独特的优势:一方面借助螺旋量将刚体的平移和转动描述进行统一;另一方面从数学上进行严谨论述的同时引出对应的物理概念,使得数学性质和物理意义能得到相互映照。本文简要阐述了旋量理论目前在国内外力学教学中的研究现状;介绍了旋量的数学定义及其满足的数学运算性质;梳理了理论力学中的四种基本螺旋量,并给出了矢量静力学和动力学“基本定理”的旋量描述。希望通过本文的研究能为我国理论力学教学提供启示。

卓越工程教育的二元取向培养机制——“专精型”与“开拓型”工程教育体系分析

本文突出卓越工程师教育的“专精型”和“开拓型”二元取向,强调工程及其教育的卓越与基础科学的必然联系,并以欧洲、北美高等工程院校航空航天专业示例,和美国及法国通用工程师教育特别是北航中法合作工程教育示例,作为“专精型”和“开拓型”卓越工程教育典型,突出前者纵向基础学科研究和专业工程实践的结合,后者跨专业基础学科支撑、对未知工程主题的探索、认知与原创解决能力,并反映团队学习内涵。

转子弹性支承螺栓松动致干摩擦故障分析

根据工程实际中某核心机转子振动异常现象和试验件结构检测结果,建立了前支点鼠笼弹支松动的故障转子简化力学模型。基于转子动力学理论和试验信号中谐波特征,建立了前支点鼠笼支承结构由于螺栓连接松动致干摩擦简化模型,重点分析了干摩擦非线性对转子系统的轴心轨迹、弹支位移和支点反力等动力学响应特征的影响,从简入繁分析了如下3种转子的动力学特性:无故障的线性转子系统;考虑螺栓松动致非线性力、不考虑陀螺效应的非线性系统;考虑螺栓松动致非线性力和陀螺效应的非线性转子系统。研究发现:在转子系统中考虑干摩擦非线性力后,系统响应特征中会出现丰富的谐波成分;螺栓松动故障转子系统简化力学建模时,是否考虑陀螺效应对谐波特征也有较为明显的影响。该研究能为该类故障转子系统的监测和诊断提供参考。

某涡扇发动机涡轮叶片动测应变模态频移现象分析

某高推质比涡扇发动机高压涡轮叶片采用缘板干摩擦阻尼设计,以降低叶片振动应力;在核心机地面台架试车中,应变测试数据的频域特征出现漂移现象,振动能量在频域内呈现出窄带随机的特征。围绕该现象,基于试验数据建立了考虑缘板阻尼块影响的单个叶片等效模型,基于时域积分算法和非线性模态理论计算了不同转速下系统的响应特征、摩擦力特征、共振频率特征和摩擦阻尼特征。研究结果表明:转速波动会影响系统的振动响应频域分布特征和共振频率分布范围:在11 713 r/min转速状态,9倍频会激起1 756~1 952 Hz频率带的共振;在13 500 r/min转速状态,8倍频会激起1 800 Hz频率附近的共振;在13 687 r/min转速状态,8倍频会激起1 596~1 824 Hz频率带的共振;在稳定转速条件下,干摩擦力在最大和最小值之间反复跳变,起到摩擦阻尼效用的同时,带来系统附加刚度的不稳定变化;非线性模态计算结果表明叶片模态频率随振动响应幅值的变化而变化,叶片刚度变化或摩擦力幅值增大均可使叶片模态频率区间变大。