水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究

目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。

水下航行器阻力计算及结构设计

随着海洋探索的不断发展,水下作业对水下航行器提出了更高的要求。为了提高某水下航行器的减阻性能,本文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对预选的多种艏部型线以及舵板进行数值模拟,对比了它们的减阻性能,最终为航行器选择效果最佳的艏部型线以及舵板,并计算配备有最佳减阻效果的艇艏和舵板的航行器总阻力,对比分析其周围压力和流场特性。结果显示,所选的零部件相较于其他选择拥有更好的减阻性能,更适用于本文的水下航行器。本文研究结果可为航行器的结构设计和选择提供一定的参考。

转向架结构形式对小单轨车辆曲线通过性影响

针对转向架结构形式对跨座式单轨车辆曲线通过性能的影响,研究并设计了3种转向架结构形式的小型单轨车辆。首先,根据转向架结构形式,运用多体动力学软件建立3种动力学仿真模型;其次,将走形轮垂向力、导向轮径向力、导向力矩、车体侧滚角以及倾覆系数作为小型跨座式单轨车辆曲线通过性能的评价指标;最后,分别对3种动力学模型进行曲线通过性能仿真分析,并对仿真结果进行曲线通过性能指标对比分析。研究结果表明:采用4个稳定轮的转向架结构方案,此小型跨座式单轨车辆具有良好的曲线通过性能,对比结果验证了此设计方案的有效性和可行性。

具有模块化结构的汽车动力学仿真模型的初步研究

初步探讨了面向开发型驾驶模拟器的具有模块化结构的汽车动力学仿真模型建立方法 ,从而可以在此基础上进一步建立一套通用的面向结构的汽车动力学仿真程序 。

基于滑模变结构控制的车辆动力学稳定性控制研究

提出了车辆动力学稳定性控制的控制目标,基于滑模变结构控制理论,并综合考虑主动制动车轮的滑移率对车辆稳定性的影响,设计了车辆动力学稳定性控制器;基于ADAMS/Car和MATLAB/Simulink联合仿真平台,分别采用阶跃转向工况和单移线工况进行了联合仿真,验证了该控制器的正确性。研究成果为实际车辆动力学稳定性控制系统设计提供了理论依据。

30t轴重下重载铁路隧道基底结构的应力分布及动力响应

以某重载铁路隧道工程为依托,结合现场实车试验和数值模拟,研究30t轴重列车荷载作用下重载铁路隧道基底结构的应力分布和动力响应,并针对目前由仰拱不同施工水平形成的3种主要基底结构形态进行对比分析。结果表明:数值模拟得到的隧道基底结构动力响应结果和现场实测结果吻合较好;重车线侧的隧道基底结构动应力明显大于空车线侧;垂向动应力沿隧道基底竖向的衰减较明显,至填充层底部时衰减率为74.3%,至仰拱底部时衰减率高达83.6%;水平向动应力在道床位置为压应力,在仰拱位置为拉应力,在填充层中由上至下应力出现由压到拉的转换;仰拱等基底结构的施作效果对基底结构的静、动力特性均有较大影响,严格按照设计进行施工的仰拱(曲线型断面)受力情况最好,最大拉应力仅为4.6kPa,且传至仰拱底部的动压力最小,为26.6kPa;仰拱施工成铺底结构时(直线型断面)其受力情况最不利,在仰拱与边墙连接处及仰拱中心位置出现较大拉应力,最大值为86.6kPa,且传至铺底结构底部的动压力最大,为47.3kPa;折线型断面的基底结构受力情况居中。

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与桥梁的动力相互作用。建立了车桥系统分析模型:列车模型每节车考虑27个自由度;桥梁模型采用模态综合法,系统激励为实测轨道不平顺。模拟中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程,计算了桥梁在高速列车作用下的动挠度、振幅、梁体加速度、桥墩振幅以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场实测结果进行了对比。

轨道交通车桥耦合振动仿真改进方法与应用

针对车桥耦合振动软件仿真模型中不能全面分析系统振动响应的问题,利用SIMPACK软件的柔性轨道模块,并结合自编的钢轨*. ftr文件,提出一种基于SIMPACK与ANSYS软件的联合仿真改进方法。进而建立车辆-浮置板轨道耦合振动分析模型,并计算钢轨与浮置板结构的位移响应,计算结果与已有文献对比吻合良好,验证了该耦合方法的正确性;最后以某高架简支U形梁桥为研究对象,建立列车、轨道、U形梁与桥墩的耦合振动精细化模型,对桥梁系统的振动响应进行分析。结果表明:利用改进方法建立的模型能全面地分析车桥系统各结构的振动响应,分析结果可为桥梁减振设计提供参考。

基于整车虚拟样机的车体结构拓扑优化

基于整车零部件几何模型,结合车体的有限元网格划分及模态分析,构建履带装甲车辆刚柔混合虚拟样机,进行典型工况下的多体动力学仿真分析,输出若干关键时间点车体承受的荷载.利用有限元分析技术将荷载加载到车体有限元模型上,对车体进行结构力学分析和多荷载步拓扑优化.根据拓扑优化结果修改车体局部结构,并重新构建虚拟样机模型再次进行仿真分析,将应力和变形分析结果与原仿真结果进行比较.结果表明,结合动力学仿真和有限元分析进行结构拓扑优化,可以改善关键零部件的力学性能,提高刚强度,为改善装甲车辆的结构性能提供了一种有效方法.

汽车ESC系统主环伺服环分层结构控制策略

针对提高车辆操纵稳定性的电子稳定控制系统(ESC)的控制问题,提出了主环伺服环分层结构的ESC控制策略。主环控制器采用一阶滑模控制算法,设计了滑模面和滑模控制律,其输出为保持车辆稳定性所需的车身附加横摆力矩。伺服环控制器采用近似模拟人类思维的九点五态控制算法,通过控制制动压力实现期望的制动滑移率,从而产生附加横摆力矩。设计了具有实时视景反馈功能的驾驶员在环仿真平台,对分层控制策略进行了在线测试。测试结果表明,提出的ESC控制策略显著地提高了低附着路面或驾驶员过度操作车辆等工况的操纵稳定性和主动安全性,驾驶员在环仿真方法提高了测试的真实性和开发控制策略的针对性。

结构动力优化与仿真技术及其在卫生技术车辆研究中的应用

介绍了车辆结构动力优化设计与仿真技术的国内外应用情况,提出了基于有限元分析与虚拟制造技术相结合的卫生技术车辆结构动力优化设计与仿真的思路和方法,可有效地在设计阶段实现对装备动力学性能的预测与评估,使传统的结构设计变成计算机运行的优化结果形式,大大缩短装备研发周期、降低装备研发费用、提高装备研发质量。

UUV海底定点停驻受力特性及稳定性分析

在简单介绍海底定点停驻UUV概念及工作过程的基础上,建立了其在海底时的稳定性分析模型,并推导出了航行器负浮力、主轴与两支撑点之间的半角θ、流体动力Fx、Fy之间的关系。为了研究航行器在海底时的流体动力特性,采用Ansys ICEM对其离海底不同距离及海底有不同倾角时的情况进行结构化的网格划分,并应用CFX软件对其在不同水流速度下的外围流场进行数值仿真,得到了其在海底时所受侧向力、升力随距海底的距离、海水流速及海底倾角的变化趋势。最后,对航行器在海底时的稳定性进行了分析并得到了一组能够保证航行器海底稳定的较好参数。

可控翼混合驱动水下滑翔机运动性能研究

提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运动性能,基于Newton-Euler法建立了六自由度运动数学模型。通过求解稳态滑翔运动平衡方程,定量分析了可控翼翻转角对滑翔机滑翔性能的影响。根据六自由度动力学模型,对该滑翔机的滑翔运动和螺旋桨推进运动进行了仿真研究,仿真结果表明可控翼混合驱动水下滑翔机相比常规水下滑翔机有较高的航行性能。

舰船主体结构流体冲击响应主动控制方法和分析

本文以探索性的方式提出了一种有效降低高速舰船主体结构流体冲击瞬态响应的主动最优控制方法，讨论了最优控制原理、观测器和作动器的设计，建立了一套舰船主体结构流体冲击瞬态响应控制仿真系统。通过对一艘实船的仿真分析给出了一些有理论和实际意义的结论。

小型无人机载光电稳定平台框架结构研究

针对无人机平台挂载条件的要求,设计了小型无人机载光电稳定平台的机械结构。通过分析光电稳定平台的框架结构、功能及指标参数的要求,选择两轴三框架结构,提出分离式外方位框架的结构,并对其减重优化,大大减小了加工成本及装配难度。同时,采用ADAMS软件建立小型无人机载光电稳定平台的模型,对其进行动力学仿真。

非全包裹超空泡航行体建模与反演变结构控制

超空泡航行体动力学系统存在高度非线性及多变量耦合等问题,非全包裹超空泡使其受力更为复杂,给控制系统设计造成诸多困难。针对超空泡航行体的以上特点,开展了对非全包裹超空泡航行体控制系统的研究,在通过受力分析建立其动力学模型基础上,设计了超空泡航行体的反演变结构控制器,并证明了系统稳定性。仿真结果验证了该控制器对超空泡航行体稳定航行及跟踪控制的有效性。

复杂结构动态分析/试验/设计与计算仿真技术的进展与应用

本文对复杂结构动态分析/试验/设计技术近三十年来的进展,包括有限元建模与组合结构分析、动态特性测试、计算模型修正和振动控制,以及新兴的计算机仿真和计算模型精确度认证等新思想、新技术的进展,进行了综合评述,同时还给出这些新技术在运载火箭和航天器方面的工程应用实例。

半挂运输车车架运输车辆时的动力学仿真分析

运用三维软件UG建立车架模型,运用Hypermesh建立有限元模型。通过Patran计算分析车架在不同工况下的最大应力情况和变形量,同时运用工程分析软件ANSYS对其进行模态分析,通过对前4阶固有频率和振型分析,检验该车辆车架结构的可靠性,并为其后期结构改进提供依据。

轨道梁结构对中低速磁浮车轨耦合振动的影响

建立了双级电磁悬浮控制器模型,轨道梁采用Euler-Bernoulli模型,基于单点悬浮控制系统建立“车辆-控制器-弹性梁”耦合动力学数值模型。对控制参数引起的车轨耦合失稳振动的特性进行分析,仿真计算不同轨道梁结构参数下,对中低速磁浮车轨耦合振动影响进行研究。结果表明:发生频率较低的车轨耦合振动时,轨道梁结构参数的改变对车轨耦合振动无明显影响;发生频率较高的车轨耦合振动,轨道梁固有频率随轨道梁结构而改变时,对车轨耦合振动影响明显;轨道梁固有频率不随轨道梁结构参数改变时,对车轨耦合振动无明显影响;轨道梁结构阻尼可以有效抑制车轨耦合振动响应。低频车轨耦合振动,轨道梁结构改变无法控制车轨耦合振动,车轨发生高频耦合振动时,增大轨道梁结构阻尼比及改变轨道梁固有频率均能有效控制车轨耦合振动,因此实际工程中可以考虑轨道梁下安装阻尼器和吸振器来改变轨道梁结构参数和结构阻尼来抑制振动。

市域铁路限界研究

根据市域铁路车辆技术参数,考虑适当的制造公差和磨耗引起的车辆横向偏移,提出了市域铁路车辆限界。分析了市域铁路建筑限界主要尺寸的影响因素,并结合市域铁路车辆运用条件,采用动力学仿真和理论计算方法分别计算了车辆外轮廓的动态包络线,然后综合计算分析结果,考虑适当的安全裕量,提出了市域铁路建筑限界轮廓图。