机电耦合作用下混合动力系统轴系动力学分析

在分析影响混合动力系统轴系振动的电机主要特性参数的基础上,对混合动力系统轴系处于机电耦合作用下的动力学特性进行了分析。分别对电机发电和助推2种不同模式下系统轴系耦合动力学特性进行了探讨,与发动机模式进行对比得出一些有益的结论,并就电磁参数对轴系振动影响的机理进行了分析。

采煤机截割部动力学仿真及实践研究

截割部作为采煤机关键结构,其设计分析多采用理论计算分析、刚柔耦合动力学分析等多种分析方法,不同设计分析方法所获取的设计方案也存在较大差异性。为获取更为精准合理的设计方案,将在设计中引入动力学仿真分析方法,分别采用刚柔耦合动力学仿真和机电耦合动力学仿真两种仿真分析方法对采煤机截割部进行仿真分析,从中选择最佳动力学仿真分析方法,进而对采煤机截割部关键零部件——扭矩轴进行参数化设计,再分别采用仿真分析和工程应用实践分析进行参数化设计检验,综合确认扭矩轴参数化设计可行性和应用价值。

三稳态压电振动能量采集器的动力学建模、仿真与实验研究

为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,仿真分析了系统参数(d、dg)对能量采集器的势能、磁力以及非线性动力学输出特性的影响。研制了磁-机-压电耦合型三稳态振动能量采集器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了理论模型与仿真结果的正确性。研究结果表明:适当调整d和dg可使压电振动能量采集器分别作单稳态、双稳态和三稳态运动,其中三稳态运动存在3个势能阱,势能阱的深度和宽度均小于双稳态压电振动能量采集器的势能阱深度和宽度,这有利于提升振动能量采集器的工作频带和采集输出效率。

混合动力轴系机电耦合振动的理论研究

以混合动力系统为研究对象,分析研究了混合动力系统电动机的主要特性参数;在合理简化的基础上,建立了包括曲轴柔性体部件模型、活塞连杆组和电动机转子在内的刚性体部件模型以及构件间约束和作用力模型,并将它们综合建立了系统轴系的多体动力学分析模型;然后分别对电动机发电和助推两种不同模式下系统轴系动力学特性进行了全面的分析,揭示了机械和电磁两方面相互耦合作用对混合动力系统轴系振动的影响规律,并与发动机模式下系统振动特性进行了对比,得出一些有益的结论。

风浪联合作用下分布式调谐质量阻尼器对海上半潜漂浮式风机的减振控制

海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。

Galfenol悬臂梁能量采集器的机电耦合动态模型

依据欧拉–伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立Galfenol悬臂梁振动能量采集器的分布参数机电耦合动态模型,由该模型推导出器件的频率特性表达式。计算在加速度激励下,器件输出的电压、电流、功率和顶端相对位移,并对器件的机电双向耦合重要动力学特性,如短路和开路行为,进行深入研究。计算结果与实验结果的比较表明,该模型能提供器件在低加速度激励时的合理数据趋势,并能预测器件在多阶模态下的机电双向耦合动态特性。建立的模型对于器件的整体性能预估、设计、控制和使用具有重要的指导作用。

一种并联机器人机电耦合多能域系统动力学参数辨识、控制及试验

以平面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,结合拉格朗日方程和键合图两种方法,建立了该机器人机电耦合多能域系统动力学模型。针对该机构特点,提出了一种将动力学模型线性化的待定系数法,通过该方法,经过严密的数学推导,得到了机电耦合多能域系统动力学模型的线性化形式,避免了传统的简化方法得到动力学模型线性化形式带来的误差。以五次多项式改进的傅里叶级数优化并联机构末端激励轨迹。搭建了动力学参数辨识试验平台,以加权最小二乘法对其机电耦合多能域系统的动力学参数进行了基于试验的辨识研究。所提的辨识策略不仅可以辨识出机器人机构本体的惯性参数与关节摩擦参数而且还可以辨识出电动机和减速机的等效转动惯量以及等效阻尼系数。设计了基于计算力矩的力位混合控制策略,并将辨识出的动力学参数应用到控制策略中,通过试验验证了机电耦合多能域系统动力学参数辨识的实用性与基于计算力矩的力位混合控制策略的有效性。

基于弹性基础柔性梁的重载轮胎面内胎体与胎侧耦合建模及参数辨识

提出一种针对胎侧径向长度和胎体宽度比值(扁平比)接近1的重载子午轮胎的面内中低频试验模态分析、动力学建模和参数辨识方法。针对重载轮胎扁平比大的特点,开展柔性胎体与周向分布胎侧单元耦合的试验模态测试方法研究;建立考虑胎体面内弯曲和充气效应、胎侧惯性力和分段刚度的胎体-周向分布胎侧-轮毂耦合动力学模型,推导轮胎面内耦合固有频率解析解;开展结构参数辨识研究,预测高阶模态固有频率。结果表明:(1)重载轮胎在0~180 Hz和180~300 Hz频段内分别为柔性胎体与周向分布胎侧单元的同向与反向振动;(2)基于柔性胎体-周向分布胎侧单元-轮毂质量块耦合的模态分析和动力学建模方法可准确表征300 Hz范围内重载轮胎面内振动特征。

高次谐波体声波谐振器谐振频率分布研究

基于由谐振频率分布提取压电薄膜参数的方法,研究影响高次谐波体声波谐振器(HBAR)谐振频率分布的因素。对多种HBAR进行模拟计算,模拟结果显示,变化基片对薄膜的声阻抗比值会引起并联谐振频率间隔的分布和有效机电耦合系数的分布改变;当薄膜的基模在高频时,改变电极对薄膜的声阻抗比值和电极厚度会引起谐振频率分布改变。这些结果表明,通过调整影响谐振频率分布的因素能使谐振频率变化,进而得到在特定的频率上产生谐振。

高性能分布式驱动电动汽车关键基础问题研究立项报告

2009年我国汽车产销量突破1 370万辆,位居世界第一。汽车行业已成为我国现代装备制造业中的龙头产业,国民经济的重要支柱。但迅速增长的汽车保有量导致我国能源紧缺、环境污染与交通安全的问题也日益突出。发展电动汽车是解决上述问题的有效途径。轮边驱动电动汽车则是电动汽车技术领域的重要发展方向。轮边驱动电动汽车将驱动电机分布安装于各驱动轮内或驱动轮附近,具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等突出优点,能够有效降低车辆能耗;同时,轮边驱动电机动态响应快,有极佳的动力学控制性能,大幅提高车辆主动安全性能。轮边驱动电动汽车涉及机、电、液、热等多个领域,运行的环境与工况复杂,相关理论与技术还尚不成熟。因此,针对轮边驱动电动汽车围绕能耗优化与主动安全性控制开展的基础设计理论与关键技术的研究,对促进我国汽车工业的发展,具有极其重要的意义。该研究围绕"轮边驱动电动汽车复杂耦合系统动力学""多变环境与工况下轮边驱动电动汽车能耗规律""复杂工况下轮边驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理"3个基础科学问题。该研究将建立基于轮边驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型,构建轮边驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统;揭示电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律,提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身造型及整车结构设计方法与整车热管理方法、无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法、复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论,从而创立高性能轮边驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。通过该重大基础研究项目的支持,将提高我国汽车工业的自主研发水平,为我国电动汽车开发提供基础理论支持,推动我国汽车工业的跨越式发展。

风-雨荷载下大型冷却塔内压作用

为了探讨暴风雨气候下降雨对大型冷却塔的影响,本文展开了风雨两相流模拟以及内表面气动力研究。以某210 m高超大型冷却塔为研究对象,以风-雨耦合算法为核心,基于计算流体动力学方法分别采用连续相和离散相计算模型展开风场和雨场的数值模拟。在此基础上,研究9种不同风速-雨强组合对塔筒内表面雨量、雨荷载和等效内压系数等的影响规律,揭示风-雨耦合作用下塔筒内部速度流线和雨滴轨迹的作用机理,最终提炼出最不利组合工况并分析其等效内压系数分布特性。研究表明:风-雨荷载下冷却塔塔顶内表面背风区的雨致压力系数不能忽略,最大数值可达0. 003 8。结论可为此类冷却塔在极端天气下的内表面压力取值提供参考。