大型空间结构热-动力学耦合有限元分析

针对大型空间结构的热诱发振动问题,发展了一种热动力学耦合的有限元方法.将结构变形对入射热流的影响进行Taylor展开并略去高阶项,从而得到耦合结构变形的热传导方程,由振型叠加法得到减缩并解耦的动力学方程,然后通过时间积分方法混合迭代求解结构的热动力学响应.对哈勃太空望远镜太阳能帆板的热颤振行为,该方法所得数值解与文献理论解符合得较好.对复杂的空间结构给出了热动力学响应,并发现热动力学耦合效应和热诱发振动稳定性的决定因素是结构参数及加热条件.     

中心舱体-附件耦合系统热颤振有限元分析

在轨航天器的柔性附件在其进出地球阴影区时很容易发生热诱发振动现象.柔性附件的这种运动将会产生扰动弯矩作用于航天器主体之上,从而对航天器的姿态运动产生重要影响.该文针对实际航天器刚体-附件耦合系统发展了一种热-结构动力学耦合的有限元分析方法.该耦合系统的状态方程既包括与航天器刚体转动和柔性附件结构变形相耦合的非线性瞬态热传导方程,也包括与瞬态温度场相联系的结构动力学方程.该文以一个简单的hub-beam航天器系统为研究对象,对该耦合系统分别进行了热-结构非耦合和耦合分析.其中热-结构非耦合有限元分析的结果与已经存在的理论解结果显示了很好的一致性;热-结构耦合有限元分析结果表明航天器在某种条件下可能发生热颤振.     

机电集成超环面传动非线性机电耦合动力学研究

基于非线性电磁啮合刚度,推导出机电集成超环面传动的机电耦合非线性动力学方程.运用该方程研究了该传动系统的非线性振动.结果表明:在某种参数组合条件下,系统产生拟周期振动.蜗杆线圈电流、中心距对行星轮半径比以及线圈电感对于传动系统的非线性振动具有重要影响,这些参数应该适当选取以保证传动系统良好的动力学性能.     

变摩擦力下板带轧机辊系垂直-水平耦合振动特性

考虑轧辊振动情况下轧制界面间变摩擦力因素影响,基于Orowan变形区力平衡理论建立了垂直和水平方向的动态轧制力模型.在此基础上考虑轧机结构振动的影响,建立了板带轧机垂直-水平耦合非线性振动动力学模型.运用多尺度法对该系统进行求解,得到了系统的幅频响应方程,并采用1780轧机参数进行仿真,分析了非线性参数对幅频特性的影响.最后采用奇异性理论分析该耦合系统的分岔行为,得到该耦合系统在2参数平面内的6组不同转迁集及分岔图,这为进一步抑制轧机辊系振动提供了理论指导.     

热-力双向耦合下平板结构振动的非经典方程

结构热-力耦合振动支配方程是对结构进行动力学分析与控制设计的基础.本文基于三维热弹性动力学,研究了力热双向耦合条件下平板结构的力热耦合动力学问题.将代数Vieta定理与经典算子谱分解方法相结合,发展了算子谱分解方法在结构振动力学建模中的应用.选取适当的规范条件,在时域内首次分别构建了受热平板弯曲振动和拉压振动的精确化方程的具体形式.给出了力热双向耦合下平板结构中振动模式的频散关系曲线,并对平板振动的空间和时间演化规律以及结构振动的动态稳定性做了分析和讨论.本文结果是在没有采用经典假设下得到的,因此得到控制方程是较精确的.本文得到的平板力热耦合振动精化方程可用于求解高温下应力场和温度场都是动态变化的耦合问题,研究高温环境下热-力动态耦合机理、耦合模式以及动态响应.     

双机驱动振动系统同步运转稳定性的研究

为了研究双机驱动振动系统同步运转的稳定性问题,建立了振动系统的动力学模型,对系统进行了非线性动力学分析.通过对系统参数进行无量纲化处理,得到了振动系统的频率俘获方程和系统实现自同步运转稳定性的条件,计算出了自同步运转的稳定域.根据自同步运转稳定性的条件和稳定域对系统进行优化设计,调整了振动系统的参数.计算机仿真结果表明振动系统实现了速度同步和相位同步,达到了稳定的自同步状态,验证了自同步运转稳定性条件和稳定域的正确性,证实了优化设计的有效性.     

双机驱动振动系统同步运转的稳定性

针对双机驱动振动系统同步运转的稳定性问题,建立了振动系统的动力学模型,对系统进行了非线性动力学分析.通过对系统参数进行无量纲化处理,得到了振动系统的频率俘获方程和系统实现自同步运转稳定性的条件,计算出了自同步运转的稳定域.根据自同步运转稳定性的条件和稳定域对系统进行优化设计,调整了振动系统的参数.仿真结果表明振动系统实现了速度同步和相位同步,达到了稳定的自同步状态,验证了自同步运转稳定性条件和稳定域的正确性,证实了优化设计的有效性.     

极坐标下板的非线性热弹耦合振动基本方程

从笛卡尔坐标系下板的非线性热弹耦合振动基本方程,导出了极坐标下板的大变形非线性热弹耦合振动基本方程,进而得出了轴对称情况下圆板的非线性热弹耦合振动基本方程。所得结果提供了极坐标下分析非线性热弹耦合振动问题的重要基础。     

电磁轴承支承转子系统的运动稳定性

结合定参数PID控制器方程和具有陀螺效应的不对称转子运动方程形成了电磁轴承支承的转子系统的机电耦合动力学方程.将Poincaré映射与Newton打靶法相结合求解了系统非线性不平衡周期响应.结合Floquet分岔理论分析了系统周期运动的稳定性边界和分岔行为.对电磁轴承支承的转子系统设计了变参数PID控制规律,运用所设计的PID控制算法对系统进行计算,发现变参数PID控制算法使得系统非线性周期响应的稳定性有所提高,保证了系统稳定的谐波运动.     

两机分别驱动两质体的振动同步理论

针对两机分别驱动两质体振动系统,本文建立振动模型,研究该系统在竖直方向的两机振动同步理论。采用拉格朗日方程和小参数平均法推导系统的运动微分方程和无量纲耦合方程。基于无量纲耦合方程零解的存在条件,推导出实现振动同步运动的条件,并利用Routh-Hurwitz判据确定振动同步运动的稳定条件。通过数值分析得到振动同步运动能够稳定运行的最佳参数区间,证明两机两质体振动系统的同步性和稳定性。仿真实验验证了数值分析的正确性。     

辐射-导热耦合换热边界元算法

本文提出了一种求解辐射-导热耦合换热问题的边界单元算法(BEM),该方法将两种传热方式通过辐射热源耦合起来.首先,采用BEM对辐射传热方程、辐射热源方程和含有辐射热源的热传导方程进行离散;其次,利用辐射传热方程消除辐射热源方程中的辐射热流项;然后,根据Stefan-Boltzmann定律形成含有温度四次方以及热流密度表示的非线性代数方程组.出现在所有积分方程中的域积分由径向积分法转换成边界积分,形成了对于参与性介质问题也只需在边界上划分单元的纯边界元算法.最后,用Newton-Raphson迭代法对方程组进行求解.提供的数值算例将表明本文所介绍方法的正确性与有效性.     

非线性瞬态热传导的精细积分方法

采用精细积分法求解非线性瞬态热传导方程 .非线性因素包括热辐射边界条件和物性参数可变 .推导了瞬态非线性热传导方程中精细积分法的具体列式 .指出可利用指数矩阵的对称性和带宽特性提高算法的效率 ,并结合预测校正算法求解非线性方程 .数值算例验证了方法的有效性     

空间结构瞬态温度场的Fourier-有限元分析

针对航天结构常用的空心圆杆 ,提出了一种计算其温度场的 Fourier—有限单元法 ,沿杆长用有限元离散 ,沿周向温度分布展成三角函数。圆管温度单元每个结点包含平均温度、余弦和正弦分布温度幅三个自由度。在每个时间步内实现了平均温度增量与沿截面温差增量的解耦。在每个时间步内求解一组平均温度增量的非线性方程组 ,根据每一时刻的平均温度求解两组关于截面内温差的线性方程组 ,从而得到薄壁圆管的温度分布。利用该方法 ,对 Hubble太空望远镜的太阳能帆板瞬态温度场进行了分析 ,指出了热载荷可诱发太阳能帆板扭转     

漫反射下两层散射性介质内的瞬态耦合换热

采用光线踪迹 /节点分析法研究了在漫反射、表面不透明、分界面半透明的两层平板状吸收、各向同性散射性非灰介质内的辐射与导热瞬态耦合换热。两层介质具有不同的辐射特性 ,折射率均大于等于 1。在考虑表面多次反射和介质多次散射的情况下 ,推导了复合层辐射传递系数 ,由辐射传递系数计算辐射热源项。在对流、辐射换热边界条件下 ,采用控制容积法求解瞬态能量方程 ,获得了复合层内的稳态、瞬态温度场和热流密度 ,与 Galerkin法的计算结果比较 ,表明该文的计算方法正确 ,精度高     

多孔介质快速传热传质藕合效应的理论研究

针对多孔材料快速受热物理过程传热和传质藕合微分方程组,用拉普拉斯变换法进行求解,将温度和湿度藕合方程转化为温度度或湿度的常微分方程,给出了半无限体藕合方程温度或湿度拉氏变换的普遍解。且给出各自普适解系数之间的比例关系。在第一类边界条件下对具体算例进行解析研究,求得问题的解析解,给出了温度和湿度的时空变化规律。讨论了传热与传质过程的藕合效应,结果表明在快速受热情况下,考虑与不考虑藕合效应表面邻域温度和湿度的空间分布差别很大,藕合效应非常明显。     

沥青路面现场微波加热再生模型与实验

为了求解微波加热再生沥青混合料内的温度分布,研究了由于沥青混合料介电常数和比热容是温变参数,从而导致电磁场分布和吸收微波功率的非线性变化.建立了电磁场控制方程和热传递方程耦合的二维非线性热电耦合模型,提出了按微波周期为时间步长交替迭代求解该非线性模型的求解方法.使用了工作频率为2.45 GHz的微波系统,通过连续或间歇辐射加热方式,对不同体积的沥青混合料进行了加热实验.实验结果证实了微波加热再生通过辐射热传递能实现瞬间体积加热,具有快速、加热均匀、保证质量和无污染等特点.     

瞬态激励下保守耦合系统的统计能量分析

根据保守耦合系统的统计能量分析原理,通过对耦合子系统之间功率平衡方程式的修正和推导,得到了瞬态激励条件下系统的能量平衡方程,并针对L-型耦合平板的具体结构形式,建立了两子系统的SEA模型,提出了有关参数的预估和测试方法,计算了耦合平板的能量分布和功率流,测量了瞬态激励条件下系统的能量等参数.理论分析和实验结果的一致性证明了本文的研究方法和所取得的结果是合理可靠的.     

海-气振子ENSO模型的Sinc-Galerkin解法

研究一类厄尔尼诺-南方海涛(ENSO)的耦合系统振子的模型.利用Sinc-Galerkin方法,把求解非线性微分耦合系统问题转化为解非线性代数系统,并由Newton法得到其近似解.     

压电智能结构的一类非线性控制器设计方法

根据重置微分方程理论,提出了压电智能结构的一类非线性振动控制器设计方法.通过模拟压电分流阻尼开关系统的作用效果,设计了一个满足Lyapunov稳定性的非线性控制器,建立了被控系统的动力学模型,研究了控制器的控制算法,模拟电路中电感、电阻的数值以及开关的作用仅仅作为数学表达式存在于控制器的设计中,克服了被动压电分流阻尼技术存在要求大物理电感的缺陷,同时提高了控制器的环境适应性.悬臂梁的数值仿真结果表明控制器不仅能够较好地控制被控目标模态,而且对其它模态也有一定的抑制效果.     

磁电子漂移波的非线性演化

论文采用布热津斯基流体方程[1] ,研究非磁化非均匀等离子体中存在耗散效应情况下的非线性磁化电子漂移模 .首先导出扰动磁场和扰动温度的非线性耦合方程组 .采用Stenflo方法 ,得到描述振幅演化的类Lorentz模的非线性方程组 .对方程组的数值研究表明 ,在参数空间的不同区域可以出现有序和混沌结构 .