基于傅里叶级数展开的码垛机器人轨迹规划

为解决码垛机器人工作中因频繁启停而产生的冲击过大与常规多项式曲线规划效率低下等问题,课题组以SP-120系列码垛机器人为研究对象,采用改进D-H参数法建立机器人的D-H坐标系,进行正、逆运动学求解分析。利用基于傅里叶级数展开的轨迹规划方法进行了起始点至目标点的点对点连续轨迹规划,并利用MATLAB软件进行仿真分析。仿真结果表明:基于傅里叶级数展开所得各关节角位移、角速度和角加速度曲线连续、平稳,且工作空间运行轨迹平滑,解决了码垛工况下冲击过大问题;与五次多项式插值算法相比,得到了更大的峰值角速度和一段恒定的峰值角加速度,解决了常规多项式曲线规划效率低下问题。

含夹层流体的双板主、被动控制理论分析和试验研究

为了对含夹层流体的双板结构的振动进行控制,基于改进的傅里叶级数法对此双板结构进行理论建模,采取等效方法考虑涂敷阻尼层的影响,并运用有限元方法验证理论模型的正确性。同时介绍FxLMS算法并将其运用于双板的主动控制中,以前述理论方法为基础,得到各通道的传递函数,并基于MATLAB进行算法仿真,取得较好控制效果,可为算法的控制效果验证提供参考。对双板的振动进行控制试验,对比控制前后双板振动加速度级,发现敷设阻尼层较为明显减弱中高频振动,在135Hz频率点处主动控制单通道的控制效果良好,主、被动一体化控制前后下板的振动加速度总级(10~3000Hz)相比降低6.61dB,验证了控制措施的有效性。

阶梯柱屈曲的改进Fourier级数分析

该文对阶梯柱的弹性屈曲问题进行了研究.首先基于改进Fourier级数法采用局部坐标逐段建立阶梯柱的位移函数表达式,然后由带约束的势能变分原理得到含屈曲荷载的线性方程组,利用线性方程组有非零解的条件把问题转化为矩阵特征值问题得到临界载荷,最后讨论方法中的参数取值,并把结果与已有文献和有限元的结果比较,从而验证方法的精度.所提模型在阶梯柱的两端和变截面处引入横向弹簧和旋转弹簧,通过改变弹簧的刚度值模拟不同的边界.所提方法在工程设计中能比较精确地确定各种弹性边界条件下阶梯柱的临界载荷.

尾流激励下功能梯度叶片动力学行为研究

为探究尾流激振力作用下旋转功能梯度叶片的振动特性,本文建立了具有任意预置角的旋转功能梯度叶片模型,并对其动力学行为展开研究。基于改进Fourier级数对旋转叶片的振动位移场进行拟合,采用罚函数实现叶片任意边界约束,尾流激振力展开为多项正弦谐波叠加的形式,通过Ritz法对旋转叶片的振动问题进行求解。经过与文献中结果对比验证了方法的收敛性和正确性,并给出新的计算结果和关键参数分析。研究表明:通过改变功能梯度叶片的组分分布可以调整其固有频率;叶片各阶固有频率会随转速、轮毂半径、预置角的增加而增大;在转速范围一定时,谐次越高的尾流激振力谐波引起的临界转速也越多。

改进有限条法用于矩形薄板的振动分析

工程应用中的薄板可视为由条状薄板组成的结构,如矩形薄板、蜂窝薄板结构等。各类解析法精度较好但应用不够灵活,有限单元法在计算较为灵活但过大的矩阵致使求解效率低下。结合有限元法和解析法的优点,建立矩形形状的有限板条。采用一维离散、一维解析的半解析函数构造薄板的位移函数,其中离散方向采用Hermite插值构造来满足薄板的位移连续和转角连续,解析方向通过改进的傅里叶级数描述相应边界的梁函数。以矩形薄板的振动为研究内容,通过将得到的薄板固有频率与有限元软件计算结果进行对比,验证了基于有限条法所建立的计算模型的有效性,分析边界弹簧刚度和傅里叶级数截断值对计算结果收敛性的影响。

改进有限条法在平壳条振动特性研究中的应用

针对平壳条结构的振动特性问题,通过分析有限单元法的特点和应用,将改进的傅里叶级数法与有限单元法结合实现了任意边界条件的模拟,解决了平壳条结构对其梁函数边界条件的依赖性,从而提出一种高效、准确的半解析半数值方法—改进有限条法。根据Hamilton能量变分原理,推导出有限条元的刚度矩阵和质量矩阵并进行了平壳条结构自振特性分析。通过上机编程完成数值计算,并与商业有限元软件计算得到的结果进行对比分析,验证了该方法的有效性和准确性。进一步分析了截断级数、边界弹簧刚度系数、尺寸参数对系统频率的影响规律。

任意边界条件下环扇形板面内振动特性分析

基于改进傅里叶级数方法(Improved Fourier Series Method,IFSM)对任意边界条件下环扇形板的面内自由振动特性进行计算分析,任意边界条件可采用沿各边界均匀分布的法向和切向线性弹簧来模拟。环扇形板的径向和切向位移函数被不变地表示为改进傅里叶级数形式,并通过引入正弦函数项来克服弹性边界的不连续或跳跃现象。将位移函数的傅里叶展开系数看作广义坐标,并采用瑞利-里兹方法对其进行求解,得到一个关于未知傅里叶系数的标准特征值问题。通过求解标准特征值问题而简单地求解环扇形板面内振动的固有频率及其振型。通过不同边界条件下环扇形板模型结果与文献解及有限元法结果相对比来验证了本文方法的正确性及可靠性。

任意边界条件下中心开口矩形板自由振动特性分析

针对任意边界条件下中心开口矩形板的自由振动特性研究问题,引入改进傅里叶级数方法,用改进傅里叶级数形式表示开口矩形板的位移容许函数,该级数形式具有收敛性好、精度高等特点,采用沿边界均匀分布的线性弹簧模拟任意边界条件,并结合位移连续条件和Rayleigh-Ritz能量泛函变分法,对未知傅里叶展开系数求极值将问题转化为求解一个标准特征值方程问题,通过求解方程可得到中心开口矩形板的固有频率及其对应振型;对不同边界组合不需重新推导公式,只需改变模拟弹簧刚度值即可,提高了效率,最后通过数值算例与有限元方法的计算结果进行对比分析以验证文中方法的有效性和精确性。

任意边界条件下矩形板的面内自由振动特性

采用改进傅里叶级数法(IFSM)对矩形板在任意边界下的面内自由振动特性进行了研究.将结构的位移容许函数表示为包含正弦三角级数的改进傅里叶级数,正弦三角级数的引入能够有效地解决在边界处存在的不连续或者跳跃现象;将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,采用能量原理建立结构的能量泛函,结合Rayleigh-Ritz法对未知傅里叶展开系数求极值,将矩形板的面内问题转换为一个标准特征值求解问题.通过大量的数值算例,并与现有文献中解及有限元方法计算结果进行对比,验证了文中方法的正确性,结果还显示文中方法具有良好的收敛速度与计算精度.

基于物理的IGCT电路模型参数提取方法

随着集成门极换流晶闸管(IGCT)在大功率电力电子装置的大范围推广,相应的高精度仿真研究必不可少,IGCT模型特别是具有较高精度的基于物理的IGCT电路仿真模型将发挥更加重要的作用。本文充分考虑了IGCT结构特点及其运行特性对参数提取的影响,结合理论分析、实验提取、实物测量及经验估算,在已有参数提取方法的基础上,提出了一种适用于基于改进型傅里叶级数法的IGCT电路模型的参数提取方法。搭建了具备感性负载的箝位电路测试平台,用于参数提取及提取方法验证,将采用本文方法提取的模型参数用于上述IGCT电路模型,进行电路仿真分析,所得IGCT模型仿真结果与实验结果高度拟合,验证了本文参数提取方法的正确性。

不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析

[目的]为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。[方法]首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利-里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。[结果]通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。[结论]基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。

任意边界条件下变厚度中厚矩形板的静动态特性分析

文章基于改进傅立叶级数方法,在Mindlin一阶剪切变形板理论的基础上,对任意边界条件下变厚度中厚板矩形板的静动态特性进行了研究。矩形板的横向位移函数与旋转位移函数被表示为包含正弦三角级数的改进傅立叶级数,正弦三角级数的引入,能够有效地解决在边界处存在的不连续或者跳跃现象。在此基础上,将位移容许函数的未知傅立叶展开系数看作广义变量,采用能量原理建立结构的能量泛函,结合Rayleigh-Ritz法对未知傅立叶展开系数求极值,将结构的静动态特性问题转换为一个求解标准特征值问题。通过大量的数值算例,并与现有文献解及有限元方法计算结果进行对比,验证了文中方法的合理性,并且具有良好的收敛速度与计算精度。

双向变厚度矩形薄板的自由振动分析

针对传统级数法只能求解特定边界条件下矩形板的振动问题,通过采用改进Fourier级数的方法,将双向变厚度薄板的振动位移函数表示为标准的二维Fourier余弦级数和辅助Fourier级数的线性组合,从而使级数法能适用于任意的弹性边界条件.利用Rayleigh-Ritz法建立了与变厚度薄板控制方程等价的矩阵表达示,通过特征值分解求得板的固有频率和振型.数值算例表明了该方法具有很高的求解精度和很好的收敛性.

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。

任意边界约束下矩形薄板结构振动功率流特性

以矩形薄板结构为研究对象,采用改进傅里叶级数方法(Improved Fourier Series Method,IFSM)对任意边界约束下矩形薄板的振动功率流特性进行计算分析。将矩形薄板结构的横向振动位移容许函数描述为一种改进的三角级数形式,并通过引入正弦级数项来消除位移容许函数及其导数在边界上可能存在的不连续或跳跃现象。应用哈密尔顿原理从能量的角度推导出任意边界约束下矩形薄板结构系统的特征方程,并对矩形薄板结构的振动功率流特性进行了研究分析。通过与有限元法结果进行对比来验证计算方法的有效性。

具有任意弹性边界单跨梁结构的振动特性分析

为了获得任意边界条件下单跨梁结构的振动特性,采用改进傅里叶级数方法建立振动模型。由于传统傅里叶级数在边界处存在导数不连续和收敛性较差的问题,使用改进傅里叶级数可以有效改善其解的收敛性与准确性。在梁的两端边界处引入横向约束弹簧与旋转约束弹簧以通过改变其刚度值来模拟任意边界条件。在求解过程中首先建立梁的能量表达式,再通过瑞利-里兹法对其进行求解,最后使用数值计算软件对其进行数值仿真验证,并与已有文献的结果进行比较。该文所提方法合理,误差可控制在极小范围内,当边界条件改变时不需要对理论推导与数学计算过程重新推导,从而实现了单跨梁结构振动特性最为一般情况的预报。

任意弹性边界下矩形板弹性屈曲分析

[目的]矩形薄板的屈曲研究具有重要的理论和实际意义。针对工程中常见的矩形薄板结构,为了研究其在任意弹性边界条件下受轴向压力的屈曲特性,给出一种基于系统最小势能原理计算弹性失稳时屈曲载荷的方法。[方法]首先,在板结构模型的四条边界上分别设置旋转约束弹簧和横向约束弹簧,并设定两类弹性弹簧的刚度值大小以模拟任意弹性边界条件。由于经典傅里叶级数形式的位移函数在边界上的导数可能存在不连续问题,因此引入辅助函数,并以三角级数形式建立位移函数的几何表达式。然后,建立矩形板系统的势能表达式,结合最小势能原理,对未知傅里叶系数求偏导建立线性方程组。最后,求解得到矩形板临界屈曲载荷等参数,给出不同边界条件下弹簧刚度的合理取值,并将本研究所提方法得到的屈曲载荷与文献中的计算结果进行对比。[结果]结果显示,采用本研究方法所得屈曲载荷与文献中的计算结果吻合良好,验证了本文研究方法的正确性和收敛性。[结论]研究成果可为船舶相关结构的分析提供参考。

基于改进傅里叶级数法的环扇形板三维自由振动分析

基于三维弹性理论,采用改进傅里叶级数法(Improved Fourier Series Method,IFSM)对环扇形板三维自由振动进行了数值分析。环扇形板的位移函数表示为一种改进的三角级数形式,而边界条件则通过均匀分布在各边界面的线性弹簧来模拟,通过改变边界约束弹簧的刚度值来实现不同的边界条件。将位移函数的未知级数展开系数看作广义坐标,并采用瑞利-里兹法进行求解,得到一个关于未知系数的标准特征值问题。环扇形板结构的三维自由振动特性可以通过求解标准特征值问题简单获得。数值计算结果充分表明,文中采用改进傅里叶级数法分析环扇形板三维自由振动问题的有效性和正确性。

正交各向异性矩形板面内自由振动分析

以正交各向异性矩形板结构为研究对象,采用改进傅里叶级数方法(Improved Fourier Series Method,IFSM)构建了任意边界条件下正交各向异性矩形板面内自由振动分析模型。面内振动位移容许函数被不变地描述为包含正弦项的改进三角级数形式,并能够有效解决在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将未知级数展开系数看作广义坐标,基于Rayleigh-Ritz法推导了板结构面内振动特征方程,并通过求解一个标准特征值问题来获得面内自由振动特征参数。通过大量的数值算例,并与现有文献解和有限元方法结果对比来验证文中方法的正确性。

基于傅里叶级数法的开孔板振动固有特性分析

[目的]开口板结构普遍存在于各类工程结构中,对其振动特性的研究直接关系到整体结构的减振降噪和稳定性分析。为研究针对弹性薄板在任意位置开与板平行的矩形口的自由振动特性研究问题,[方法]通过改进傅里叶级数形式表示开口矩形板的位移容许函数,用区域划分思想将开口板沿开口延伸线划分为多个区域板,采用沿边界均匀分布的线性模拟弹簧模拟经典边界条件和区域板间连续边界条件,将边界表达为弹性势能的形式,从而将有约束问题转化为无约束问题,并结合位移连续条件和能量泛函变分方法,对未知傅里叶展开系数一次变分求极值以求解标准特征值方程。然后将得到的开口矩形板的固有频率值及其对应振型与有限元软件(ANASYS)计算结果进行对比,最后分析不同边界条件、开口尺寸和开口位置对开口板自振特性的影响。[结果]结果验证了方法的有效性和精确性,[结论]所得结果可为相关实际工程应用提供理论参考。