人体分布式动力学模型及其参数识别

建立人体动力学模型获取人体自振频率是土木工程、机械工程、交通工程、航空航天、康复医学等许多领域的共性科学问题,以往研究最常采用的弹簧-质量块-阻尼器集中质量模型,与实际人体质量、刚度沿身高的分布式特性并不相符。本研究提出含有生物自驱力的人体分布参数动力模型,理论上推导了自振频率的表达式,并据此提出了基于步态测试技术的频率识别算法。组织了247名测试者进行步态试验,识别了每位测试者的人体刚度和自振频率,进一步研究了识别参数的概率分布特征,并通过与以往研究结果对比、不同年龄段统计分析等,多角度验证了所提模型的合理性和适用性。

弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器减震性能优化研究

为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper,SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真分析模型。选取阻尼器频率比、内共振系数和碰撞间隙为优化变量,以结构峰值响应最小为优化目标,编制了SPPTMD优化程序。对比了优化前后SPPTMD在不同场地上12条地震动作用下的减震效果。研究结果表明:SPPTMD的最优参数与场地类别相关;优化后阻尼器的减震性能有明显提高,其中,Ⅳ类场地优化效果最好。

并联混合动力汽车扭转减振器性能仿真分析

为改善并联混合动力汽车传动系统的扭振特性,开展了扭转减振器的结构及仿真分析研究。对并联混合动力汽车传动系现有扭转减振器进行分析,提出了一种具有新型结构的弧形弹簧式从动盘扭转减振器;针对某款车型建立8自由度集中质量模型,采用AMESim仿真软件搭建仿真模型;通过对离合器从动盘扭转减振器、双质量飞轮和弧形弹簧式从动盘扭转减振器3种不同结构减振器的扭振特性进行仿真对比,分析了它们在典型工况下的扭振特性,并对扭转刚度和迟滞力矩进行了灵敏度分析。结果表明,弧形弹簧式从动盘扭转减振器能保证较短的发动机启动时间,且拥有较好的减振特性;在混合驱动行驶工况下扭转减振器的减振效果与扭转刚度及迟滞力矩的大小呈负相关。

基于虚拟流场与MSD模型的道路拥堵缓解算法

基于车间通讯的协同驾驶技术,能够有效提升智能交通系统的道路安全和通行效率,其中,利用协同换道技术解决瓶颈路段的拥堵问题正逐渐成为当前的研究热点.因此,提出了一种基于虚拟流场与质量—弹簧—阻尼模型(VFF-MSD)的道路拥堵缓解算法,通过模仿流体加速通过瓶颈的特性并结合虚拟的质量—弹簧—阻尼模型(MSD)对车辆换道过程进行控制,提高瓶颈路段的通行效率.首先,建立瓶颈路段的虚拟道路流场模型并进行流体力学仿真分析,得到流体的纵、横向速度数据,并根据这些数据确定车辆在道路上的换道策略;其次,建立换道车辆在目标车道上的投影,并在车辆投影与目标车道的前、后车辆间建立虚拟MSD模型,选取合适的弹簧刚度和阻尼系数保证协同换道过程的安全性;最后,控制所有车辆以最大速度和适当的安全车距通过瓶颈路段.仿真结果表明,所提出的算法在多车辆场景下可以有效缓解瓶颈路段的拥堵情况,使平均行驶时间减少11.52 s,平均速度提升6.4 m/s,通行效率提升12.17%.

分裂导线防舞器的设计及其抑舞效果分析

为了减小和抑制分裂导线的舞动幅值,防止舞动灾害的发生,提出了一种对称式双质量弹簧减振结构的防舞器.本文阐述了防舞器基本结构和防舞原理,通过对基本参数进行设计,基于ABAQUS软件进行有限元建模,将该防舞器与摆杆-质量-弹簧防舞器和传统双摆防舞器进行模拟对比,分析其抑舞效果,并优化布置方案.结果表明:该防舞器结构简单、易于安装、适用于任意分裂数导线且防舞性能良好;可弥补摆杆-质量-弹簧防舞器对扭转振动抑制的不足;防舞器的防舞效果稳定,对垂直和扭转方向抑舞效果均优于双摆防舞器,虽然风速增大会导致防舞性能降低,但抑舞效果仍能高达75%以上;同时对防舞器布置方案进行改进能有效提升防舞效果并节约成本.

行人SMD模型参数对人群-结构耦合动力特性的影响

分析行人单自由度弹簧-质量-阻尼器系统中模型参数的随机特性,建立步行人群-结构耦合自由振动方程,采用复模态法求解得到结构的固有频率和阻尼比。研究行人频率、阻尼比和弹性质量对结构基频和阻尼比变化率的影响;应用Monte-Carlo仿真,得到不同频率结构在不同的人群与结构质量比下的基频和阻尼比的95%及5%分位点。分析表明,当空载结构与行人的频率比约为1.1时,结构基频和阻尼比的变化率最大;空载结构基频离行人频率范围较近时,质量比增大会使结构基频和阻尼比的随机散布增大。

圆锥钢塔调频弹簧质量阻尼器风振控制研究

针对调频弹簧质量阻尼器 (TSD)对单管圆锥钢塔风振控制的机理作了深入研究。使用通用有限元分析软件ANSYS ,结合具体工程对TSD的风振控制进行了动静力分析 ,分析了控制参数对控制效果的影响。研究表明 ,TSD可以有效地抑制单管圆锥钢塔的风振反应。

实时力反馈技术在手术仿真中的实现与应用

文章介绍了一种应用于手术仿真中的实时力反馈技术。主要讨论了其实现的步骤过程和系统仿真结构,分析了其采用的质点-弹簧-阻尼器物理仿真模型,并描述了手术仿真中虚拟手术器械挤压软组织模型的面弹力和在软组织表面上的粘滞摩擦力的实现原理和方法,同时,为手术仿真中实时力反馈的实现和应用提出了一种解决的方案。

竖向行人-结构相互作用中的行人MD及SMD模型参数识别

大跨轻柔结构易出现行人荷载下的振动舒适度问题,行人与结构的相互作用是准确预测人致结构振动的关键难题之一。通过一低频人行桥的小组行人试验,研究了两种竖向人-结相互作用模型的参数及其适用性问题。首先由试验获得空桥和有行人时的系统频响函数。随后,将行人的质量-阻尼器(Mass-Damper,MD)模型和本文建议的弹簧-质量-阻尼器(Spring-Mass-Damper,SMD)模型,分别与结构耦合并推导耦合系统的频响函数理论表达式,再拟合实测值识别MD和SMD模型的参数。结果表明:试验条件下行人对结构质量贡献约为体重的40%,阻尼贡献为1400kg/s。行人SMD模型的自振频率约为1.9Hz,阻尼比约30%。行人SMD模型参数尚无其他文献报道,与不同姿态静止人体的SMD参数的对比说明了结果的合理性。最后,利用数值模拟解释了MD模型的局限性,建议采用SMD模型模拟竖向行人-结构相互作用。

动力机器基础振动与设计若干问题的讨论

讨论了《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)中的若干问题,包括质-弹-阻模型、地基动力参数、荷载组合和基础的构造要求等几个方面。对动力响应,基于弹性半空间理论定义质-弹-阻模型中引入的各个参数(频变),基于该模型计算稳态荷载或暂态荷载作用下基础的动力响应;引入承载力、变形和稳定性等的验算,并在基础的形状尺寸、埋深、材料、配筋等构造方面为设计人员提供指导;对基础的重要程度进行分类,对重要基础,特殊场地条件下的基础,建造时宜考虑沉降等观测手段,及可改变基础固有特性和加固维修等相关的措施。

降落伞主充气阶段数值模拟

建立了降落伞主充气模型。前体、伞绳及伞衣离散为一系列弹性连接的质量节点,伞衣内部流场为二维无粘、不可压流。利用模型计算了主充气阶段伞衣形状变化、伞衣投影面积变化及伞绳张力。计算结果与试验结果进行了比较,相当吻合。

阻力伞拉直过程的影响因素分析

采用质量阻尼弹簧模型分析了阻力伞拉直过程的影响因素,包括引导伞阻力面积、伞系统弹性模量以及线密度等。分析表明,在200～300km/h的放伞速度范围内,阻力伞的拉直时间和最大下落距离随放伞速度的增大而减小,而阻力伞系统的张力变化则相反;增大引导伞阻力面积或减小伞系统线密度,能明显地减小拉直时间和最大下落距离;阻力伞系统的弹性模量对拉直过程中运动轨迹的影响相对较小。放伞速度、引导伞阻力面积与阻力伞系统线密度是影响阻力伞放伞拉直过程的关键因素,该研究可为阻力伞系统工程设计提供分析依据。

阳坊站65m单管圆锥通信塔风振控制及其实测

通过在 65m高的北京移动GSM网工程阳坊基站圆锥形钢管通信塔上安置调频弹簧质量阻尼器(TSD) ,进行了风振控制研究。实测和分析结果表明 ,该减振装置对于单管圆锥塔结构来说是经济、实用的。

基于惯质耦合振动作用的车辆ISD悬架性能研究

为研究惯容器与车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统耦合振动作用关系及其对悬架性能的影响,定义了惯质耦合系数,其表征了惯容器的质量阻抗与车身质量的耦合效应对悬架振动传递特性的影响程度。采用传递函数法和状态空间方程法分别建立了车辆1/4悬架的频域和时域模型,在此基础上仿真分析惯质耦合系数对悬架性能的影响。结果表明:与等刚度传统被动悬架相比,惯质耦合系数的增加可有效改善车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷在低频共振处的振动传递幅频特性,其幅频峰值分别降低了45.94%、37.5%和51.11%;车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷均方根值分别降低了5.41%、36.36%和6.19%,有效改善了车辆平顺性。

火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上,根据拉直过程中各物体的运动属性,建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体,进入器视为六自由度刚体,伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型,即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段,每个绳段处理为质量集中在端点的三自由度质点,各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对"海盗号"第一次气球发射试验进行了仿真,并与Moog R.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比,验证了该文数学模型的正确性与有效性。

考虑时域约束的线性系统非脆弱H_∞控制

针对带有时域约束(包含控制输入约束、状态约束或两者的混合约束)的线性系统,在线性矩阵不等式(LMI)优化框架下,提出了一种非脆弱H∞状态反馈控制器设计方法。首先通过初始条件和外部干扰能量的假设确定一个能包含系统所有可能状态的固定椭圆域,然后得到控制器增益在一定范围内摄动情况下确保闭环系统满足时域约束的充分条件,进而转化为相应的矩阵不等式,详细地给出了推导过程。最终时域约束线性系统的非脆弱H∞控制问题可转化为求解多目标的LMI优化问题。将该方法用于质量-弹簧-阻尼系统的干扰抑制控制。仿真实验结果表明:利用该方法设计的控制器能够在满足时域约束的条件下,提高闭环系统对控制器增益摄动的鲁棒性。

汽车动力传动系双质量飞轮-径向弹簧型扭振减振器弹性特性设计方法

本文建立了双质量飞轮一径向弹簧型DMF-RS扭振减振器的弹性特性表达式并进行了理论探讨,提出了该减振器弹性机构的设计方法,可实现理想的硬非线性弹性特性。即在发动机怠速工况下具有很低的扭转刚度,在汽车行驶工况下具有随传递转矩渐增的扭转刚度,同时可保证减振器的极限工作扭角和极限弹性转矩都尽可能大。文中还基于某轿车动力传动系的多自由度集总质量一弹性扭振分析模型,计算分析了采用DMF-RS型减振器的动力传动系扭振固有特性,证实了该减振器的扭振控制性能。

双质量飞轮--四连杆-弹簧机构型扭振减振器弹性特性分析与优化设计

推导出了一种新型双质量飞轮式扭振减振器——四连杆-弹簧机构型扭振减振器的静态弹性特性和扭转刚度表达式,并对影响弹性特性的因素进行了分析。根据国内某款轿车的动力传动系统参数建立了典型工况下的多自由度扭振模型,对该传动系统进行了模态分析,并利用虚拟样机技术对设计参数进行了优化。通过对五挡下采用双质量飞轮式扭振减振器和传统离合器从动盘式扭振减振器的两套整车动力传动系统在关键位置的角速度输出进行比较得知,前者比后者隔振效率提高近40%。

双体飞轮-周向弹簧型扭振减振器弹性特性设计研究

基于某轿车动力传动系扭振特性计算,分析了双体飞轮周向弹簧(DMF-CS)型扭振减振器弹性特性对系统扭振特性的影响,据此探讨了该类减振器弹性特性的设计原则;建立了其弹性特性的解析表达式,并就弧形螺旋弹簧设计进行了讨论;总结了弹性机构结构设计要点,包括弹性元件布置方案的确定、弧形螺旋弹簧磨损问题的解决措施等。

动力作用下块体式基础竖向振幅的计算研究

考虑阻尼比和频比对动力作用下块体式基础竖向振幅计算的影响,对质-弹-阻计算模式和质-弹计算模式在设定的阻尼比和频比下进行计算分析,提出了在采用2种模式动力作用下块体式基础竖向振幅计算时的阻尼比和频比范围。