可变杆系结构展开过程的数值模拟

可变结构的应用范围很广,如建筑和航空领域中的折叠帐篷、可展天线等。采用了以自然坐标描述的多体系统动力学的有限元方法,根据基于刚体假设的最小应变能原理与拉格朗日乘子法给出了多体系统运动学基本方程的建立方法,并结合Hamilton原理建立了约束多体系统动力学基本方程,并讨论了数值模拟的收敛准则。最后基于MATLAB软件平台编制了多体系统动力学的有限元分析程序,通过对平面双摆机构的数值模拟,表明需要考虑数值阻尼以保证数值稳定及精度。最后对一四连杆机构的运动过程进行了数值模拟,验证了该文方法适用于可变杆系结构展开过程分析的可行性。     

变拓扑空间可展桁架多体系统动力学建模与分析

随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化,对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数,该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标,基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模型。利用Jourdain速度变分原理建立了各柔性部件的动力学变分方程,根据各柔性部件之间的运动学递推关系,并引入切断铰的约束方程,建立了柔性多体系统的刚-柔耦合动力学方程。针对柔性部件展开锁定时容易出现的数值计算问题,提出了在缓冲减速的基础上施加相对角约束的变拓扑方法。基于动力学模型对11节桁架单元的太空望远镜桁架展开过程进行数值仿真。为了进一步缩减计算规模,根据系统结构的对称性和纵向载荷分布的均匀性,将多个桁架和主镜组成的多体系统简化为单个桁架与主镜的一部分组成的系统进行数值仿真。将单个桁架系统展开过程的数值仿真结果与多个桁架系统的仿真结果进行对比,验证了简化动力学模型的准确性和有效性。在此基础上进一步对30节桁架单元的桁架展开过程进行数值仿真,通过对比柔性桁架与刚性桁架在展开和碰撞锁定过程中仿真结果的差异,分析了弹性变形对系统动力学特性的影响。     

重力对大型环形可展天线展开动力学的影响研究

受限于火箭尺寸,大型星载环形天线在发射时收拢,入轨后在零重力环境下展至工作态。然而在地面实验重力环境下,克服重力的悬吊卸载系统并不能完全抵消重力场的全部影响,导致地面实验难以准确预测在轨展开动力学行为。因此,有必要借助仿真深入对比分析地面上重力加卸载展开与太空中无重力展开的动力学异同。该文基于柔性多体动力学的仿真方法,建立了天线在零重力和重力加卸载系统两种工况下的全尺寸展开动力学模型。仿真结果不但复现了地面实验的非同步展开现象,而且系统地给出了天线在整个展开历程中所有杆件载荷和驱动力的变化规律。并进一步基于能量分析,半解析地研究了重力对驱动力的影响。该文的研究不但有助于理解大型网状天线的展开动力学,为天线的机构设计、优化和地面实验设计提供技术支撑,而且提出的建模方法和得到的认识也可用于研究和理解其他大型网状天线。     

考虑弹性变形的可展杆系结构展开分析

为了保证空间可展结构可靠运行,在展开过程分析中需同时考虑机构运动和弹性变形。首先建立可展杆系结构展开分析的基础方程式,然后基于广义逆矩阵的理论提出了空间可展杆系结构机构运动与弹性变形的混合分析新方法,解决了机构运动与弹性变形的耦合问题,取得了较好的展开分析精度。与传统的柔性多体动力学方法相比,其优点是建模简单,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。编制了仿真程序进行了算例分析,验证了分析方法的有效性。     

大型可展开天线与卫星的热致耦合动力学分析

以带有大型环形可展开天线的航天器为研究对象,采用有限元法,对大型可展开天线进行了在轨进出阴影区的瞬态温度求解;并基于卫星-天线刚柔耦合动力学模型,将时变温度场等效为时变热载荷加载到天线上,对整星系统的热致耦合动力学响应进行了数值模拟。结果表明,天线进出阴影期间,自身温度梯度主要存在于迎光侧与背光侧之间,并基于此可估算出天线的热响应特征时间;时变热载荷会导致天线结构和卫星姿态发生明显的振动响应,天线结构振动响应主要集中在第一、二阶固有模态上,卫星则会发生低频姿态振荡运动;该方法可以合理地预测大型可展开天线系统的热致耦合动力学响应。     

行星齿轮断齿故障动力学仿真与故障提取

行星齿轮在运动中部件会弹性变形,为此,在刚体动力学模型中引入柔性体的方法,基于ADAMS多体动力学仿真软件,对某船用行星齿轮进行刚柔耦合仿真。在太阳轮出现断齿时将太阳轮和行星架设置为柔性体,重点考虑运动仿真中这两个部件的变形。将发生故障后的动力学响应与正常状态进行对比,比较故障后柔性部件和刚性部件加速度频谱信号的異同,分析断齿故障特征和对应的故障频率。     

空间卷曲折叠管充气控制展开动力学研究

充气展开管是大型空间充气展开结构的基本支撑部件,该文针对柔性卷曲折叠管,采用刚体平面运动理论分析了有无阻尼控制的展开过程,并提出了分段式充气控制体积有限元模型,模拟了空间环境下卷曲折叠管的展开动力学。最后对卷曲折叠管在阻尼控制下进行了充气展开测试,试验结果与数值模拟结果相一致。这表明:采取一定控制展开的卷曲折叠管能作为空间充气展开结构的控制展开方式;数值模拟是有效的,可为空间环境下的展开过程提供一定依据。     

面向控制的变构型航天器柔性耦合动力学建模与仿真

对于带有大型可展开天线的通信卫星,其天线展开期间全星属于典型的变结构、变构型、变参数和变质心系统。该文采用加载模态综合-混合坐标法建立了这类星载天线展开过程各类运动工况的天线和整星两级控制的柔性耦合动力学方程,以及任意构型工况的全星柔性模型,通过典型算例仿真及惯性完备性检验,表明该文研究工作具有工程实用性和有效性。     

绳控多模块固面天线展开动力学分析与优化EI北大核心CSCD

针对一种扭簧驱动的双绳控固面天线,建立了基于欧拉-拉格朗日方程的天线展开动力学模型,研究了绳索张力对天线展开运动参数的影响。对绳控天线反射面系统的完整展开过程进行动力学仿真,得到仿真中的展开情况与数值计算结果相符,验证了理论模型的正确性。为了使天线反射面充分展开,采用序列二次规划算法(sequential quadratic programming,SQP)分别在无绳和有绳控制系统中,对驱动扭簧进行优化设计,通过优化使得展开更为合理并减少了反射面的展开包络空间。研究表明,通过引入绳索系统能够提高天线展开过程的稳定性,有效降低了各铰链关节处的负载峰值。研究结果可为绳控固面天线的展开过程设计提供理论指导,并具有实际工程意义。     

四面体构架式可展天线展开过程控制及测试

为了减小展开过程中天线节点的速度、加速度以及天线对星体的冲击力,对四面体构架式可展天线进行展开过程动力学分析,并提出一种通过施加主动力来控制展开过程的方法．设计加工了口径为2 m的天线模型,在此模型的基础上,就所提出的控制方法进行试验测试.测试采用非接触式计算机视觉测量系统,通过自编MATLAB程序对视频跟踪所得数据进行处理和分析,得到展开过程中天线节点的速度和加速度.试验结果表明,通过所施加的控制方法,有效地减小了天线节点在展开过程中的速度、加速度,从而降低了天线对星体的冲击力,验证了控制方法的可行性．     

Estimation of Parameters of Universal Distribution of Moments of Failure of Products

A method is proposed for estimating the parameters of a mixture of exponential and Weibull distributions for which the accuracy of preliminary estimates obtained by graphical analysis is refined in accordance with the criterion of maximum likelihood. The efficiency of the proposed method is supported by the results of statistical modeling.     

Evaluation of optical properties of highly scattering media by moments of distributions of times of flight of photons

A novel method for the determination of the optical properties of tissue from time-domain measurements is presented. The data analysis is based on the evaluation of the first moment and the second centralized moment, i.e., the mean time of flight and the variance of the measured distribution of times of flight (DTOF) of photons injected by short (picosecond) laser pulses. Analytical expressions are derived for calculation of absorption and of reduced scattering coefficients from these moments by application of diffusion theory for infinite and semi-infinite homogeneous media. The proposed method was tested on experimental data obtained with phantoms, and results for absorption and reduced scattering coefficients obtained by the proposed method are compared with those obtained by fitting of the same data with analytical solutions of the diffusion equation. Furthermore, the accuracy of the moment analysis was investigated for a range of integration limits of the DTOF. The moment analysis may serve as a comparatively fast method for evaluating optical properties with sufficient accuracy and can be used, e.g., for on-line monitoring of optical properties of biological tissue.     

Analysis of the rate of propagation of the wave of change of boiling modes

An approximate analytical expression is derived for the velocity of the front of the wave of change of boiling modes on a rod and on a plate. The impact of the Thomson effect and of the heater orientation in the gravity field is included. Adequate agreement is demonstrated between the derived relations and experimental data.     

Estimation of potentialities of methods of summation of direct measurement errors

Conventional methods for summation of direct measurement errors are considered. Conditions under which these methods provide consistent results are stated. It is proposed to utilize for characteristic of the total error, its interval estimator or the half-sum of the value obtained by adding up its arithmetic and geometric random errors.Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 4, pp. 10–12, April, 1995.     

空压机轴承箱蜗壳温度探头油封改造

由于空压机进气侧轴承箱蜗壳温度探头密封效果不好,使空压机及其后续管道受到油污染。后将温度探头的O形圈密封改为骨架油封,杜绝了轴承箱漏油问题。文章简介空压机的结构和技术参数,详细介绍了骨架油封的制作和优点。     

Characteristics of mechanical properties of materials in studies of conditions of attainment of marginal states

It is shown that conditions of attainment of marginal states in the material of structural components are formulated on the basis of analysis of force and deformation criteria of formation and development of destruction. The parameters of these criteria are data on types of structural materials, standard and special characteristics of their mechanical properties, structural forms of considered elements of the equipment, and their operating stress loading. In this case, the construction of a system of state equations for describing interrelation of current damage, external actions, and responses to them is based on the concept of calculating variations in properties of materials at all stages of the design life cycle.     

Determination of parameters of microstructural inhomogeneity of deformation of metals by the method of modeling

The article suggests a method of evaluating the microstructural inhomogeneity of deformation of metals by modeling. The method includes the measurement of deformations of metal according to meshes of a dividing grid with small base and the calculation of the distribution parameters of microdeformations in model representation. It is shown that the modeling method makes it possible objectively to evaluate the microinhomogeneity of deformation of metals independently of the chosen mesh size of the dividing grid. New structural characteristics are introduced: the base and wave of variation expressing the degree of crumbling or amalgamation of metal grains by inhomogeneity of deformation.Translated from Problemy Prochnosti, No. 7, pp. 40–44, July, 1991.     

水三相点复现的不确定度评定

水三相点是开尔文热力学温度的唯一基准点，也是ITS-90国际温标重要的定义固定点。因此，水三相点不确定度分析对整个温标的建立、温度量值传递起着至关重要的作用。近3年来，中国计量科学研究院研制出一系列高质量的水三相点容器，加强了水三相点的研究，为不确定度的分析提供了更为可靠的实验依据。同时，不确定度的分析也是客观评价新研制容器性能的一个重要指标。因此，根据实验结果对新研制容器所复现的水三相点进行了不确定度评定。评定结果表明，其扩展不确定度为0．16mK(k=2．69，P=0．99)。