刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。

超静平台动力学建模与解耦控制

以超静平台在未来高精度航天器主动隔振和精确指向控制中的应用为基础,针对柔性铰形式超静平台的动力学特点以及超静平台基础和载荷扰动作用的影响,建立一般形式的超静平台动力学模型;进一步推导解耦力控制方法,将超静平台由高度耦合的多输入多输出系统变为单输入单输出线性时不变系统,以此消除各支杆之间的相互作用,极大地简化了控制器设计;在此基础上,进行数值仿真分析与验证.仿真结果表明:基于所建立的一般形式超静平台动力学模型,采用解耦力控制方法能够很好地实现超静平台的主动振动控制,并且方法简单易于工程实现.

涡轮增压器转子系统三维动力学特性分析

针对涡轮增压器转子系统,考虑陀螺力矩、转子叶轮刚度和转轴抗扭刚度的影响,建立三维分析模型,利用有限元法进行转子系统动力特性分析。开展转子系统临界转速的分析,通过传递矩阵法模型和有限元梁单元模型校验三维模型的有效性,结果表明集总质量法在简化带有较厚轮盘的转子结构时,会减小转子结构的抗弯刚度。开展转子系统不平衡质量动力响应分析,结果显示,转子系统存在着弯扭组合振动,且弯扭组合振动表现为一种非同步的半频激振现象;随着转速的升高,转子系统的弯扭组合振动现象越趋明显;在弯扭组合振动频率附近,转子振动形式为弯扭组合振动;而在其他涡动频率下,转子振动形式为弯曲振动。

考虑抗弯刚度斜拉索动力学建模及频率分析

研究了考虑抗弯刚度的斜拉索非线性动力学建模,并进行了频率分析.针对普通斜拉索,考虑斜拉索从安装到使用过程中的3种状态,利用Hamilton变分原理推导了含抗弯刚度、垂度、几何非线性及阻尼的三维非线性振动控制方程,利用斜拉桥中斜拉索垂跨比一般都小于1/10和纵向惯性力影响较小的特点,将上述方程进一步简化为符合工程实际的含抗弯刚度的斜拉索面内、面外非线性振动方程,并研究了抗弯刚度、索长度及垂跨比对斜拉索面内、面外基频的影响,同时分析了斜拉索面内、面外高阶频率随初张力、索长的变化.研究结果表明,当斜拉索的初张力较低时,抗弯刚度的影响较大,足够大的初张力基本能够抵消抗弯刚度的影响;当索力较小时,索力对频率的影响基本可以忽略,索基频随着斜拉索长度逐渐降低,基频大小随斜拉索长度的增加呈现非线性反向变化;初张力、索长度对斜拉索高阶频率的影响规律与对基频的影响规律基本一致.

罗茨真空泵转子系统动力学建模

由于内部激励和外部扰动的存在,罗茨真空泵在工作过程中会产生很大的振动问题。为了更好地对罗茨真空泵转子系统进行动力学分析,采用集中质量法,考虑电机、齿轮、罗茨转子等结构的基础上对系统进行动力学建模。采用牛顿欧拉法分别建立了转子系统的纯扭转模型以及偏心弯扭耦合模型的振动微分方程并考虑了重力的影响。研究发现由于齿轮啮合时变刚度的存在,转子系统存在稳定性问题。同时由于偏心的存在,转子的弯曲振动和扭转振动存在相互耦合。研究内容为之后对系统的稳定性分析以及弯扭耦合振动分析奠定了基础。

龙门山构造带深部动力学过程与地表地质过程的耦合关系

发生在地球浅层的2008年汶川地震驱动了龙门山及前陆地区的地表同震垂向位移.根据冲断带-前陆盆地弹性挠曲模型理论,在进行弹性挠曲模拟反演的基础上,结合对深部地球物理特征(泊松比、电性结构)的分析,发现龙门山前陆盆地现今岩石圈有效弹性厚度(T_e)具有自东向西逐渐减薄的趋势,自川中地区的30~40 km减至龙门山地区的10~20 km.在对晚三叠世以来前陆盆地各阶段盆地结构进行刻画的基础上,进行弹性挠曲模拟反演,推断龙门山前陆盆地的前渊地区(四川盆地西部)岩石圈的T_e值自晚三叠世以来具有逐渐减薄的趋势.这可能与松潘一甘孜地块下方广泛存在的软流圈热物质对四川盆地西部岩石圈下部的长期加热而导致的熔融有关,反映了地球深部动力学过程与地球表层盆地演化之间的耦合关系.

叠加于弧后前陆盆地挠曲沉降之上的另一类沉降--动力沉降

弧后前陆盆地挠曲沉降包括逆冲负载沉降和盆地沉积物负载沉降。叠加于挠曲沉降之上还存在另一类沉降,即动力沉降。动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。由大洋板块俯冲产生的动力沉降往往分布于弧后前陆盆地区,其幅度、波长与板块俯冲角度、俯冲速率、俯冲板块在地幔中通过的位置和俯冲岩石圈的热年代密切相关。将通过弧后前陆盆地沉积地层的去压实得到的总沉降减去盆地模拟获得的逆冲带负载和盆地沉积物负载沉降可以得到剩余沉降,即动力沉降。从地层资料中定量分离出动力沉降为改进和限制长期以来悬而未决的由洋壳俯冲导致的地幔-粘性流动构造模型提供理论基础和实际资料。

高层建筑结构减震分析的静动力实用分析法及其应用

以四川成都某高层剪力墙结构为工程背景,采用三维空间模型的静力弹塑性分析方法、弯剪型层模型的非线性时程分析方法相结合的静动力分析法,对该结构进行了粘滞阻尼消能减震分析。根据该结构的三维空间静力弹塑性分析,得到了该结构的层间恢复力曲线;在此基础上,建立了该结构的弯剪型层模型,进行了非线性时程分析,并研究了非线性粘滞流体阻尼器对高层剪力墙结构地震响应的振动控制效果。结果表明,采用静动力分析法可以评估剪力墙结构的整体弹塑性抗震性能,为工程结构设计提供参考,为类似结构提供借鉴。

挤压型盆地构造热演化模拟研究综述

挤压过程对地质构造和沉积盆地的形成演化具有重要的作用.研究挤压型盆地的构造热演化模拟对认识岩石圈内部应力分布、力学属性和流变结构具有重要意义.本文介绍了挤压型盆地构造模拟的弹性模型、粘弹性模型和深度控制的弹塑性模型,对比了这几种模型的优缺点和适用范围.简单介绍了前人在研究地壳隆升时用到的几种热演化模拟方法.虽然挤压过程的构造模拟已经取得了很大进展,挤压型盆地的热演化模拟则具有很大的发展空间,这应是进一步研究的重点.

超精密微操作器设计和建模研究

通过分析单、双平行机构的优缺点,设计了一种低耦合位移和集中应力的复合四杆机构微操作器,建立了集中应力模型,并利用拉格朗日等式对其动态特性进行了建模研究;采用有限元方法对微操作器进行了静态和动态分析,并对其静、动态特性进行了试验测试。解析模型、有限元仿真与实验结果的一致证明了解析模型的正确性,为微操作器的设计提供了简单可靠的设计方法和理论依据。

剪切型阻尼U型柔性铰链设计与实验分析

根据柔性铰链的无阻尼结构特点,并利用黏弹性阻尼材料的剪切损耗特性,提出一种剪切型阻尼U型柔性铰链的结构模型,并结合GHM(Goulla-Hughes-MacTavish,简称GHM)黏弹性理论模型建立带阻尼铰链动力学方程。该铰链通过提高外加黏弹性阻尼层材料的剪切效应,达到增强结构阻尼目的。为了测试剪切型阻尼结构对该U型铰链的振动抑制效果,对其进行自由振动信号测试和动态力学分析(dynamic mechanical analysis,简称DMA)实验。结果显示,该阻尼结构能使铰链结构在120~150Hz的共振频段内因振幅增大,阻尼层剪切效应加剧,出现明显的阻尼损耗峰值,有效增强了铰链的结构阻尼。

挠性支承可倾瓦轴承完整动力学建模及分析

考虑动压润滑油膜温粘效应,首先建立轴颈-瓦块相对几何关系,导出支点反作用力与力矩的0阶与1阶泰勒展开方程,推导瓦块油膜力、力矩的平衡方程及其刚度阻尼系数,联合轴颈-瓦块运动的微分方程,建立挠性支承可倾瓦轴承完整动力学模型;通过与相关文献的试验数据进行对比分析,验证所提出的挠性支承可倾瓦轴承完整动力学模型的准确性。

钢桥面铺装粘弹性力学分析

由动态力学试验数据通过粘弹性力学关系式转换,得到用Prony级数进行数值表征的广义Maxwell模型参数。在此基础上,以九江长江公路大桥为例,通过有限元建模,模拟分析荷载-温度耦合作用下钢桥面铺装面层表面的应变状态,计算得到典型温度下4种铺装结构表面最大横向弯拉应变及其分布特征。结果表明,某温度下的一个加载过程中,任一荷位出现最大表面横向弯拉应变的位置在横断面上的分布是不同的,而双层环氧沥青混凝土铺装结构增加Eliminator防水粘结层可有效降低铺装表面最大横向拉应变。

排出器动力学特性对斯特林制冷机性能影响分析

为分析斯特林制冷机排出器动力学特性对整机的性能影响,建立了斯特林制冷机热力学模型,并与排出器动力学模型耦合,通过仿真计算,分析了排出器板弹簧刚度、排出器质量等参数对系统的制冷量、排出器振幅和相位角等参数的影响。结果表明,排出器支撑板弹簧刚度存在一个最佳值,使得整机的制冷量最大,最佳频率比在0.85左右。

高层剪力墙结构减震设计的静动力分析法

采用三维空间模型的静力弹塑性分析方法、弯剪型层模型的非线性时程分析方法相结合的静动力分析法,对江苏宿迁某19层剪力墙结构进行了黏滞阻尼消能减震分析。首先对该结构进行了三维空间静力弹塑性分析,得到了该结构的层间恢复力曲线;在此基础上,建立了该结构的弯剪型层模型,进行了非线性时程分析,并研究了非线性黏滞流体阻尼器对高层剪力墙结构地震响应的振动控制。结果表明:采用静动力分析法可以评估剪力墙结构的弹塑性抗震性能,为工程结构设计提供参考,为类似结构提供借鉴。

基于“速度+角速度”匹配的DVL/INS组合传递对准优化算法设计

针对全球导航定位系统(GNSS)多径效应明显、信号易受干扰等因素导致的主惯导参考速度信息可靠性差的问题,采用多普勒计程仪(DVL)辅助大型舰载试验平台上搭载的主惯性导航系统进行传递对准。考虑到大海域试验海况复杂,采用"速度+角速度"匹配方式、动态挠曲杆臂模型和DVL地理系系统误差模型构建系统方程。仿真结果表明,DVL辅助对准的结果明显优于没有设备辅助的对准结果,速度快且平稳性好。因此,在大型舰载平台实际试验过程中,DVL是实现平台传递对准技术的理想的外界辅助设备。