不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

航空发动机整机动力学建模及模型确认

针对航空发动机整机结构部件多、连接状态复杂、动力学特性预测困难的问题,提出了基于“超模型”虚拟测试数据的航空发动机整机结构分层次动力学建模及模型确认方法。建立各单个部件的简化模型,在初始无样机时,基于超模型的虚拟测试数据对单个部件简化模型进行动力学模型确认;基于两两连接部件超模型的虚拟测试数据,实现确认后的简化模型两两连接界面的修正与确认,连接部件超模型的虚拟测试数据通过部件的超模型与螺栓连接超模型建模理论获得;建立转子组件的动力学模型,并基于参考数据进行修正与确认;将确认后的转子模型和考虑连接的机匣系统模型进行组合,获得整机动力学模型。以某型涡扇发动机为例,采用该方法建立了其整机动力学模型。确认后的发动机整机简化模型的临界转速预测值与实际发动机整机测试的临界转速参考值对比,误差在10%以内,验证了方法的有效性。

履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

心律失常的多尺度建模、计算与动力学理论进展综述

心律失常是当前生物物理交叉学科中发展得比较成熟的一个分支,在实验和理论方面均取得了丰硕的成果.近年来,随着实验数据的积累,人们在多个尺度上发现了更丰富多样的心律失常诱因,这对物理学的研究提出了新的需求和挑战.因此,心肌系统的多尺度建模、计算和动力学分析是心律失常领域进一步发展的关键.本文旨在对这个课题进行一个阶段性的回顾,扼要介绍心肌多尺度建模的基本理念和方法,并以尺度为脉络,介绍近年来在心律失常机制理论方面取得的若干重要成果.现有成果表明,非线性动力学、斑图动力学和统计物理对心律失常的基本认识和理论的发展具有重要的意义.未来的研究应在拓展模型尺度(向更微观和宏观方向拓展模型),解决心律失常基础动力学问题(如非均匀系统的稳定性、斑图的相变理论),以及解决更复杂而基本的生理医学问题(如心率变异、人群心律失常发生概率风险的评估)等方面继续深入探索.

多体动力学模型的Modelica语言建模

对Adams多体模型结构及Modelica模型的转换方法进行了研究。对多体动力学模型结构及建模方式进行分析,根据Adams多体模型结构设计了对应的Modelica多体模型结构。研究了Adams多体模型各组件包含的信息,以及与Modelica模型的异同,提出了各多体组件的转换方法。最后给出了多体模型转换验证实例与结果。该研究有助于提高多领域仿真系统的多体建模效率及与传统多体系统的兼容性。

城市建设系统的动力学模型研究

本文以复杂系统论和系统动力学为指导,从宏观和微观两个角度综合考虑,给出了城市建设系统的动力学模型,以探寻城市建设过程中的基本规律,促进城市建设同社会经济的协调发展和城市建设模式的进一步合理化,为城市建设质量的提高提供支持。

柔性航天器动力学建模及模型降阶研究

针对柔性航天器振动影响飞行器姿态稳定性和精度。为了解决上述问题,提出了多柔体航天器的动力学建模。首先,根据工程实现的假设振型法,采用拟坐标拉格朗日方程,推导出带有刚体模态的二阶系统刚柔耦合动力学模型,其中,为了减少模型计算量,通过坐标变换将刚体模态和柔性模态解耦,利用一种刚体模态解耦的二阶不稳定系统的模型降阶方法,并对航天器多柔体系统动力学方程进行了仿真分析,结果飞行姿态稳定,满足了精度要求,表明了动力学建模与模型降阶法的有效性和正确性。

组合转子动力学集中参数模型建模研究

组合转子作为燃气轮机的核心部件,结构特殊,受力情况复杂,目前其动力学特性研究基本依赖于有限元模型,难以对其深层机理进行系统研究。从难度较大的弯曲振动入手,建立了组合转子的铁木辛柯梁(Timoshenko beam)集中参数模型。根据组合转子非连续性的结构特点,将组合转子以轮盘为单元进行集中参数化,建立弯振解析模型;利用MATLAB对该集中参数模型进行固有频率、振型计算以及谐响应分析,将其计算结果与有限元模型结果进行对比。结果表明:该集中参数模型能较为准确地反映出组合转子的固有特性,可以适用于组合转子的动力学分析与研究。相比于有限元模型,该模型能更为直观地反映组合转子的内部机理,并且将计算机运算时间缩短了3个数量级以上。

面向汽车动力学自动建模的模型描述语言研究

定义了一种模型描述语言——MDL,采用BNF范式描述了MDL的语法规范,分析了其实现的内在机制。在汽车动力学建模中,将汽车模型采用自顶向下的划分方式,划分为多个相对独立的子系统,采用模型描述语言对各个子系统的组成构件及其约束关系进行描述和定义,从而完成了一个整车动力学模型的描述。这种方法可以简化汽车建模的复杂性,提高模型的可扩展和可重用性,同时能够保证模型的精度和准确性。并在自主开发的汽车动力学仿真分析平台InteDyna中验证了这一方法的有效性。

汽车动力学仿真中轮胎模型的建模

针对当前车辆动力学模拟与动态控制研究中所采用的经验轮胎模型需要大量实验数据的情况,探讨了利用理论轮胎模型来进行车辆动力学建模与仿真的实现方法,以改善轮胎经验模型对实验数据过于依赖的不足。通过研究,利用MATLAB/Simulink软件实现了Gim理论轮胎模型的模块化建模和动力学仿真分析。仿真结果和实验数据的对比表明:Gim理论轮胎模型的精度高,能准确预测轮胎的力学特性;所建立的Simulink轮胎子模块通用性强,所需参数少,运算快,为车辆动力学的实时仿真提供了很大方便。

面向癫痫的神经元微环境动力学建模方法

癫痫是由大脑神经元超同步异常放电所引起的一种常见的慢性神经系统疾病。大量生理实验和神经计算建模研究表明,神经元异常放电是癫痫发作的电生理基础,而神经元微环境动力学改变是引起神经元结构和功能发生变化,进而刺激神经元异常放电,导致癫痫发作产生和发展的潜在原因。基于此,本文首先从影响神经元微环境改变的四个主要因素(离子浓度、能量代谢、神经递质和细胞体积)出发,分别就其动力学建模的神经机制和建模方法两方面进行系统阐述与分析,然后对未来可探索的研究方向进行展望,以期更加全面地了解该领域的发展动态和研究进展,为进一步研究癫痫异常放电模式的动力学本质以及癫痫发病的神经机制奠定良好的理论基础。

高速凸轮-从动件系统动力学模型的建立与动态分析

阐述了高速凸轮 -从动件系统动力学模型建立与动态分析的一般方法。以内燃机配气凸轮机构为例 ,建立了单自由度动力学分析模型 。

信息物理融合系统软件可信性演化动力学建模

信息物理融合系统(CPS)软件可信性建模是CPS可信软件开发过程中至关重要的一环,现有的形式化方法、软件验证技术并不适合对CPS软件可信性动态演化进行描述和分析。在深入分析CPS可信软件动态演化过程的基础上,结合非线性动力学的基本理论和方法,研究CPS软件可信性演化的动力学机制,对CPS软件在内外双重因素影响下的可信性演化过程进行建模,并分析其可信性演化规律,为CPS软件可信性研究提供了一种新手段。通过对一个工业控制领域中CPS软件的建模与分析,验证了该方法的可行性。

两自由度机械臂动力学模型的建模与控制

机器人系统建模在布局评估、合理性研究、动画展示以及离线编程等方面有越来越广的应用。文章对两个自由度机械臂基于拉格朗日动力学方程,进行建模。通过建立的模型,分析了重力对两自由度机械臂的影响以及在重力作用下不在稳定位置的机械臂的运动轨迹。基于机械臂的数学模型,基于Simulink仿真环境,建立机械臂的仿真模型。采用逆动力学方法对机械臂进行控制,观察其对机械臂的控制效果[1]。通过仿真建模,可以了解机械臂动力学模型以及机械臂动态模型的控制问题。

基于物理杆的多级Y型银杏树动力学建模及试验

研究果树个体的动力学特性有利于提升果实振动采收的基础理论,果树动力学特性可通过动力学建模和实验分析两种手段获得。基于等截面和变截面物理杆模型对多级Y型银杏树进行了建模研究,通过微分方程的求解并与测试结果进行了对比分析验证。结果表明:实测频谱曲线上低于15.00 Hz的低频区,主干与各级侧枝出现了较明显的波峰,且各阶频率值较一致;高于15.00 Hz的高频区,各枝干的频谱曲线一致度较差,具有各自不同的波峰特征及对应的谐频点。果树的主干和分枝之间存在一定的运动独立性,基于物理杆模型计算条件下,果树的主干只能激发出基频。受到模型自由度的限制,果树只能激发出和系统自由度相同个数的谐振频率,且只能激发出低阶频率。变截面物理杆模型与等截面物理杆模型相比,不仅在一级侧枝上就能激发出全部的5阶谐振频率点,而且模型的计算精度远高于等截面物理杆模型,说明变截面物理杆模型更加接近于果树实际的形态结构,更能准确地体现出果树的频谱特性。因此,通过数学建模方法只能激发出有限个低频区的谐振频率,要想获得更多阶的谐振频率及更宽的频率范围,需通过增加更多分枝形成更多自由度的方法才可获得。

基于模型修正的螺栓连接板结构动力学建模方法

螺栓连接板结构是飞行器结构中应用最为广泛的可拆卸固定结合部之一。该文针对螺栓连接板结构的动力学建模展开研究:基于薄层单元理论建立螺栓连接板结构的动力学等效模型;采用固有频率误差和模态置信准则残差的加权和作为修正薄层单元材料本构参数的目标函数,并利用水循环算法对待修正参数进行全局修正;以一个双边固支五螺栓搭接板结构的动力学建模为例,来验证该文提出方法的可行性和鲁棒性。结果表明,采用该文提出的方法建立的螺栓连接结构的动力学预示模型能够准确地表征其动态特性,并且具有良好的抗噪性。

双圆弧齿轮传动模型的建立与动力学接触分析

基于Pro/E软件参数化建立双圆弧齿轮传动模型,基于多体接触动力学理论在ADAMS软件中进行动力学接触分析,计算了齿轮传动在给定驱动和扭矩下的输出转速、击振频率和动态啮合力,分析法向压力角、全齿高对接触碰撞力的影响。仿真结果和理论分析吻合,对双圆弧齿轮的设计及校核具有参考意义。

汽车纵向避撞动力学模型的建立与仿真

为了验证汽车纵向避撞系统的安全性和鲁棒性,本文运用Carsim建立了特定参数的车辆动力学模型,经过理论分析并利用Simulink搭建了期望节气门开度和期望制动压力输出模型,充分利用各动力总成现有的标准数据,建立了模拟汽车主动避撞系统中车辆在复杂工况的行驶过程中的纵向避撞动力学模型。在典型工况下进行仿真分析,仿真结果表明在低速和高速条件下,避撞系统都能充分发挥其避撞作用,提高行车安全性。

基于BA模型的制造资源服务组合网络建模与动力学特性研究

项目负责人：陶飞（E-mail：ftao@buaa．edu．cn）依托单位：北京航空航天大学项目批准号：510050121．项目简介将复杂网络理论应用于面向服务的制造（SOM）系统（如云制造、制造网格等）中资源服务节点的分析，从复杂网络宏观角度来分析SOM系统中资源服务组织、聚合、调用的复杂机理，进而描述整个制造系统中资源服务节点可组合强度、调用率、综合效用等动力学特性及相互关联作用。建立基于无标度（BA）模型的制造资源服务组合网络动态演化模型并分析其特性，为制造企业在产品加服务的全球竞争环境下，应当开发和提供什么样的制造服务、如何提高本企业资源服务的调用，实现资源服务的增值、如何保护本企业的核心服务等提供理论指导依据。

结构动力学有限元模型修正的发展——模型确认

结构动力学有限元建模精度问题是力学分支中受到广泛关注的研究课题之一。以提高建模精度为目标的有限元模型修正技术的发展日臻完善,并已逐步在工业界得到应用。然而模型修正技术未能全面解决建模精度中存在的问题。近几年以美国三大国家实验室为代表的科技人员提出了模型确认技术,以希望全面解决结构动力学建模精度问题。本文以模型修正为基础,讨论模型确认的相关问题以及与模型修正的关系。