基于作业区域和响应速度的节点布收机械臂优化设计

节点作为油气勘探中数据采集的关键设备,人工布收的工作强度大、重复性高;机械臂具有长时间持续工作等优点,可代替人工布收节点,提高其布收效率;但机械臂结构刚度低、响应速度慢。因此,对机械臂进行了结构优化及轻量化设计,以提高其结构刚性及运动能力。基于旋量理论,建立了节点布收机械臂正运动学方程,以作业区域为约束条件,提出了综合考虑节点布收机械臂的静刚度全域指标和任务方向的速度综合全域指标,建立了节点布收机械臂尺寸优化数学模型;利用多目标粒子群算法,结合变密度法对节点布收机械臂大臂进行了尺寸优化及轻量化设计。结果表明,结构尺寸优化后,节点布收机械臂的静刚度全域指标提升了19.8%,任务方向的速度综合性能提升了8.8%,显著提高了机械臂的刚度及运动能力;大臂轻量化设计后质量降低了14.7%,有利于提高响应速度的运动能力。研究结果对提高油气勘探的准确性和效率具有重要意义。

粘弹性约束阻尼层结构的动力学性能研究

研究粘弹性约束阻尼层结构(简称约束阻尼层结构)的动力学性能。结果表明:丁基橡胶可以较好地应用于约束阻尼层结构的阻尼层材料;约束阻尼层结构可以有效降低50~2050 Hz范围内共振频率处的振动,同时共振频率向低频移动;随着阻尼层材料的损耗因子、储能模量和厚度的增大,约束阻尼层结构的结构损耗因子增大,振动衰减效果明显;约束阻尼层结构的振动衰减的仿真结果与试验结果一致。本研究可为约束阻尼层结构的设计和优化提供参考。

基于Kelvin-Voigt分数阶导数模型的有机硅阻尼材料温频特性研究

黏弹性阻尼材料具有温频等效特性。基于黏弹性材料的Kelvin-Si分数阶导数模型及Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,提出了一种黏弹性材料的分数阶导数时温等效模型Kelvin-Si-TTS,推导出水平及垂直平移因子表达式;并得出了Kelvin-Si分数阶导数模型下的储存模量、损耗模量表达式。以热动态机械分析仪进行223~343 K扫频试验,采用Kelvin-Si-TTS模型获得了不同温度时材料在参考温度293 K下的平移因子,并对黏弹性阻尼材料进行了频率外推。结果表明:对热动态机械分析仪及Kelvin-Si-TTS模型下的平移因子进行拟合时,两者拟合度较高;采用两种平移因子对223~343 K内数据外推,两者均外推到10^(-4)~10^(7)Hz频率范围内,表明Kelvin-Si-TTS模型具有较好的预测能力,同时表明黏弹性阻尼材料可以较好地应用于高频工况下的减振降噪领域;该研究可为黏弹性阻尼材料的动力学性能的机理研究提供一定理论参考。

基于ADAMS的游龙滑板动力学仿真

游龙滑板是一种巧妙的机械结构,可以依靠摆动来产生前进的动力,以其灵活和有趣的体验深受年轻人的喜爱。由于其巧妙的运动背后具有复杂的运动理论,故针对游龙滑板的运动仿真的研究还相对较少。本文旨在对游龙滑板的运动过程进行仿真分析,首先利用SolidWorks建立了滑板的三维模型,再将其导入ADAMS中,设置各部件间的连接副和系统所受到的外力,并利用ADAMS中Controls Toolkit模块将机械系统仿真分析工具同控制设计仿真软件有机连接起来,最终得出后板无摆动和有摆动时系统沿运动方向的速度线图,验证了仿真过程的有效性,从虚拟仿真层面模拟了游龙滑板的运动过程。

无人机捷联惯组隔振系统动力学分析与优化设计

针对捷联惯组在无人机中的特殊安装环境,提出了一种在偏移安装环境中实现三轴向等刚度与准解耦隔振系统的设计方法。首先建立了隔振系统的六自由度动力学模型及其动力学方程,对隔振系统进行动力学分析。分析结果表明:当隔振器的轴径刚度比为0.8左右且阻尼比大于0.125时系统可以实现设计要求。最后,设计并制造隔振系统,分别在振动台上以及无人机飞行环境中对其进行试验验证。试验结果与理论计算相吻合:隔振系统有效地削弱了偏移安装环境带来的捷联惯组振动问题,可以实现三轴向等刚度设计与准解耦状态。

弹性体材料应变率相关力学行为模型

研究弹性体材料应变率相关力学行为模型。对弹性体材料在单轴拉伸情况下进行受力分析,得到应力与应变能之间的关系,并在热力学分析的基础上研究材料的内禀时间变量。将内禀时间变量与广义maxwell模型相结合得到表达弹性体材料粘性的模型,并将此模型与Mooney-Rivlin超弹性模型结合建立弹性体材料应变率相关力学行为模型。分析表明,模型中的各项参数与物理事实相符,该模型在减震和缓冲领域具有工程应用价值。

超分子作用阻尼材料的动态力学模型修正

研究了超分子作用对材料阻尼性能的影响,建立具有超分子修正项的分数阶导数Kelvin-SI模型。采用模型对材料的动态力学性能进行描述,研究其在不同环境条件下的性能变化情况。模型可以准确有效地对材料在不同温度(240~420K)、不同频率(1~100Hz)下的存储模量以及损失模量进行描述。未修正的分数阶Kelvin-Voigt模型计算的损失模量偏小而存储模量偏大,拟合程度较差,拟合度R-squared值仅为0.787 3。修正后的材料模型拟合较好,拟合度R-squared值在0.98以上。材料的存储模量以及损耗因子都随着温度的增加逐渐减小,随频率的增加逐渐增大。模型的各项参数与物理事实相符合,参数的变化可以对材料的动态力学行为的变化进行正确的描述。

基于髋关节CT图像三维实体髋骨重建及髋骨承受力数据有限元分析

背景:髋骨的解剖结构与受力复杂,传统的X 射线片及CT 扫描等二维影像检查在髋骨诊断中具有一定的局限性。目的:在CT 图像的基础上,找寻一种生物骨骼实体模型准确且快捷的重建方法,研究人体内髋骨的受力情况,建立出术前优化髋关节模型,以便3D 打印。方法:采集1 例患者的髋关节CT 图像(实验已获包头医学院第一附属医院伦理批准,受试者对实验知情同意),使用核心医学Mimics 软件,从光学图像和噪声点中找出髋关节CT 图像,并且获得矢量断层图像,人工仔细分离后拟合多层图像,形成3D 图像结构。之后,在Geomagic 软件中完成对模型的曲面拟合,与此同时生成曲面和实体化。最后,在Abaqus 软件中完成髋关节的网格划分,模型赋值和有限元模拟分析。至此,完成从原始CT 到实体的所有数据转换,同时使用Anybody 软件用于模拟人体步态模拟,进行有限元分析。结果与结论:使用最简单方法完成了CT 图像的重建,经过Geomagic 完成曲面拟合并得到了良好的髋骨模型,通过Anybody 逆动力学分析得到了重要的髋骨承受力数据,得到体内承受力较大的地方为髋骨远端处,有限元分析验证了此结果。

有限元法在通风机流场分析中的应用

离心式通风机在工业生产领域应用广泛,其内部流场的分布受多种因素影响。本文主要设计了离心式风机的主要参数,并根据离心式通风机的设计参数进行二维建模,利用计算流体动力学技术在ANSYS软件上对离心式通风机的内部流场做了二维层面上的仿真分析,建立分析模型、网格划分、建立边界条件和求解等步骤,求得了静压云图和速度云图。最后为探究其他主要因素对内部流场的影响情况,通过改变模型的叶轮进口角度、叶片数目和叶片弯向,得到了不同情况下的静压云图和速度云图。对比其与原模型的流场之间的变化,得出不同参数对内部流场的影响特点,从而在通风机的实际设计中发挥指导作用。

一种基于新型双轴圆弧铰链的二维FBG加速度传感器

为了实现大跨度桥梁中拉索构件的二维(two-dimensional, 2D)振动信号高精度测量,本文设计并研究了一种小型化的新型2D光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器,以解决现有FBG加速度传感器体积与质量较大的问题。所设计的FBG加速度传感器主要由含有质量块的双轴圆弧铰链、4个固定支架,以及刻有4段阵列FBG的光纤组成。通过建立FBG加速度传感器的动力学普遍方程,得到灵敏度与固有频率的理论数值,另外辅以Abaqus软件对其进行有限元仿真以验证理论推导的结果。实验测试数据表明,FBG加速度传感器的固有频率约为500 Hz,双FBG的布置使其灵敏度可以达到595.2 pm/g,此外对称推挽的圆弧铰链设计还具有优异的横向抗干扰和温度自补偿性能。最后以某中承式钢管混凝土拱桥为实际工程案例,使用所设计的2D FBG加速度传感器实现了吊索索力的有效测量。

泡沫铝材料压缩力学特性及本构模型研究

为研究泡沫铝材料的力学特征及其本构模型.利用材料试验机对泡沫铝材料进行准静态压缩力学性能试验,从而得到泡沫铝不同孔径、孔隙率的应力应变曲线·拟合得到该型材料的本构模型,并分析孔径、孔隙率对其力学性能的影响规律。结果表明:泡沫铝的屈服强度与流动应力随着相对密度的增大而增加.压缩至致密段的最大应变量随着相对密度的增大而减小。泡沫铝的弹性模量与孔径大小无关,屈服强度与孔径大小相关。塑性模量受孔径的影响较大。通过曲面拟合,得出该材料的弹性模量、屈服强度的函数表达式,为后续泡沫铝材料的应用提供基础数据。

Distributed Optimal Control of Nonlinear Time-Delay System Subject to Delayed Measurements and Communication Disruptions

This paper is focused on a distributed optimal control design for a class of nonlinear timedelay systems with delayed measurements and communication disruptions.The innovation lies in three aspects.The distributed optimal control method which includes an optimal controller and a bounded controller is designed based on Lyapunov function.The availability of data transmitted through the communication channel depends on a feasibility problem.And a sufficient condition to guarantee ultimate boundedness of the system is given based on appropriate assumptions.The significance of this paper is that this distributed optimal control method is applied to time-delay system.Finally,a simulation example is given to verify the effectiveness of the proposed method.

橡胶减振垫迟滞特性实验研究

为了获取橡胶减振垫的阻尼特性,开展了橡胶减振垫迟滞特性实验。首先通过橡胶硫化获得20HA、30HA,40HA和50HA四种硬度的减振垫;然后采用±0.5mm、±1.0mm和±1.2mm的循环加载方法测试减振垫的迟滞回线;获得了减振垫的刚度随硬度变化关系,发现减振垫的刚度与胶体硬度呈二次函数变化;最后采用椭圆法计算了减振垫的阻尼损耗因子,发现减振垫的阻尼损耗因子随加载位移和胶体硬度变化而变化。