固有周期下阻尼板对半潜式平台阻尼的影响

为了研究半潜式平台在固有周期下的自由衰减运动,本文基于重叠网格技术的计算流体力学(CFD)方法对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇自由衰减运动进行数值模拟。利用该方法分别研究了不同初始衰减位置下,阻尼板宽度和厚度对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇阻尼的影响规律,并从流场角度分析了阻尼板的作用机理,通过与实验数据对比,验证该方法的准确性。研究结果表明:平台运动幅度越大,阻尼板起到的抑制作用越强,阻尼板边缘处的流动分离是平台阻尼增加的直接原因;阻尼板宽度与平台垂荡、横摇及纵摇阻尼呈正相关,而阻尼板厚度与其呈负相关。     

水平轴海流能机组传动链主动阻尼控制技术

为了减小海流能发电机组在弱阻尼状态下的传动链谐振,借鉴风电领域的动态加阻技术,为海流能传动链设计主动阻尼控制器,通过海流能发电机组的转矩控制系统,给发电机施加和转速波动方向相反的波纹转矩. 主动阻尼控制使传动链系统极点远离虚轴,为传动系统增加等效阻尼,减小谐振. 为了准确得到传动链的低阶模态,利用多体系统法和有限元仿真方法,对传动系统的参数进行辨识,根据传动系统拖动实验的转速波动信号,对理论分析的结果进行验证. 通过Matlab/Simulink的建模仿真以及650 kW海流能机组在低流速工况下的等效海试实验,验证了主动阻尼控制对传动系统的有良好的减振效果.     

双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析

波浪能装置中浮子的运动性能直接影响装置的能量吸收.采用基于N-S方程的CFD方法建立三维数值波浪水池,对一种特定波浪能装置中的浮子进行时域数值模拟,并与实验对比验证了该方法的可行性.从流场的角度分析浮子运动对周围流体的影响,研究浮子在单自由度垂荡、单自由度纵摇和双自由度垂荡、纵摇时的运动及能量吸收规律.结果表明:浮子在单自由度垂荡和纵摇时,其俘获宽度比随PTO阻尼系数的增大会出现最大值,即俘获宽度比存在最佳PTO阻尼;浮子双自由度运动时其俘获宽度比高于浮子单自由度运动时的俘获宽度比;浮子不同自由度的对比表明,两个自由度在浮子的能量吸收上可以相互影响.     

舰船摇摆环境飞机牵引车牵引特性仿真分析

为了研究舰船摇摆环境下飞机牵引车的牵引特性,通过对一辆舰载牵引车的实际测试,基于Virtual.Lab Motion软件平台建立了该牵引车的多体动力学模型.经过各种仿真试验,从牵引速度、牵引力及附着力3个主要方面分析了舰船摇摆运动对牵引车牵引特性的影响规律,初步掌握了舰船横摇、纵摇和垂荡及舰船摇摆中心、幅值和周期等因素...     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动. 纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比. 设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项. 结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因. 产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽. 随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接 PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

深吃水半潜式平台垂荡响应数值分析

为优化半潜式平台的垂荡性能,以DPS 2001-4深吃水半潜式平台半潜式平台为例,在频率内采用粘滞阻尼线性化方法,通过数值迭代计算得到了该平台的垂荡响应幅值算子(RAO).根据得到的垂荡RAO,分析了垂荡板对平台垂荡响应的影响,并进一步求得了平台在墨西哥湾、西非和中国南海海域百年一遇海况下的垂荡响应极值.计算结果表明:垂荡板系统对平台的垂荡响应有着很好的抑制作用,但随着垂荡板放置水深的增加,平台在各海况下的垂荡响应极值逐渐变小,当水深超过100 m后,垂荡响应极值将逐渐趋于恒定.     

深井提升尾绳动力学建模及摆动参数分析

针对深井提升机提升运动中尾绳摆动引起的尾绳寿命短的问题,采用离散化建模的方法,使用机械系统动力学仿真软件(automatic dynamic analysis of mechanical systems, ADAMS)建立尾绳黏弹性振动模型,实现尾绳的运动仿真,研究尾绳的摆动特性。设计试验记录井筒底部回转处尾绳摆幅,并与仿真结果比对,验证模型的合理性。分析不同参数对尾绳摆幅的影响。结果表明:尾绳微段在井筒底部回转处分别产生左右两侧的最大摆动位移,尾绳摆幅与垂向转动刚度系数K_TZ、垂向转动阻尼系数C_TZ以及质量密切相关,左右摆幅分别受垂向转动阻尼系数和质量影响最大,在单独提高50%自身参数后,分别增加26.41%和21.75%。试验结果与仿真结果基本一致,可为尾绳选型、构建隔离装置提供参考。     

梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性

为表征梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性,建立实体单元有限元模型进行桁架模态仿真,提出基于仿真结果采用模态应变能阻尼模型计算结构阻尼损耗因子的方法;此外,为提高模态分析效率,引入梁等效理论建立等效分析方法.仿真及等效分析结果与实测值的对比表明:梁等效理论、仿真及实验所得振型基本一致;仿真频率及结构阻尼损耗因子计算值误差均小于10%,所述模态仿真和阻尼计算方法有效,最后基于仿真结果验证了梁等效理论针对大尺度桁架模态的分析精度.     

新型6 MW单柱浮式风力机耦合运动

针对100 m水深条件,设计新型6 MW海上单柱浮式风力机;利用气 -液-固-弹性数值模拟软件FAST,对该浮式风力机进行全耦合时域动力响应分析. 整个风力机系统的气动力分析采用叶素动量理论,浮式基础的水动力分析基于势流理论同时考虑采用Morison公式计算得到的黏性阻尼,系泊系统采用等效的弹性杆单元. 数值仿真结果表明：浮式基础纵荡和纵摇耦合作用较明显;平台运动响应主要取决于风载荷,波浪载荷会改变平台在平衡位置附近的振荡运动;风浪同向会激发较大的运动响应;风浪的夹角越大,平台首摇运动越明显;在额定海况下,环境载荷方向的变化对垂荡运动的影响较小;delta-line能够很好地控制首摇运动,可以避免锚链缠绕现象发生;设计出的6 MW浮式风力机具有良好的总体运动响应,系泊系统设计方案能够保证风力机系统的安全运行.     

新型6 MW单柱浮式风力机耦合运动分析

针对100 m水深条件,设计新型6 MW海上单柱浮式风力机;利用气-液-固-弹性数值模拟软件FAST,对该浮式风力机进行全耦合时域动力响应分析.整个风力机系统的气动力分析采用叶素动量理论,浮式基础的水动力分析基于势流理论同时考虑采用Morison公式计算得到的黏性阻尼,系泊系统采用等效的弹性杆单元.数值仿真结果表明：浮式基础纵荡和纵摇耦合作用较明显;平台运动响应主要取决于风载荷,波浪载荷会改变平台在平衡位置附近的振荡运动;风浪同向会激发较大的运动响应;风浪的夹角越大,平台首摇运动越明显;在额定海况下,环境载荷方向的变化对垂荡运动的影响较小;delta-line能够很好地控制首摇运动,可以避免锚链缠绕现象发生;设计出的6 MW浮式风力机具有良好的总体运动响应,系泊系统设计方案能够保证风力机系统的安全运行.     

欠驱动桥式吊车抗摆控制的匹配设计方法

目的研究欠驱动桥式吊车在水平运动过程中的负载抗摆问题.方法采用匹配设计方法,通过匹配条件,使开环系统与闭环系统的动力学方程匹配.结果通过求解由匹配条件建立的偏微分方程,通过特征方程法确定闭环系统的质量矩阵、势能函数及阻尼矢量,并得到使系统稳定的控制律.结论仿真结果表明,通过匹配设计方法得到的桥式吊车抗摆控制器,不仅在短时间内实现了负载的抗摆,同时小车也具有良好的位置跟踪性能,小车到达指定位置和负载摆角趋于零的时间基本一致,表明了此方法的有效性和可行性.     

使用两根钢丝绳承载时的安全性能分析

单根钢丝绳的承载安全性能取决于其所受到的载荷及自身的特性,对此已有多项研究［１］。而在钢丝绳实际应用中,通常为多根钢丝绳同时使用。这种情况下的承载安全还取决于载荷在各根钢丝绳中的分布;同时还应考虑当其中一根钢丝绳被拉断时,其余钢丝绳因此受冲击。本文将通过两根相同钢丝绳的承载安全性能分析,即分析当其中一根钢丝绳被拉断时,另一根钢丝绳仍能可能可靠工作的概率,为考虑多根丝绳系统承载安全性能奠定基础。     

山地轨道运载机牵引钢丝绳空间结构分析与几何建模

山地轨道运载机牵引系统主要包括驱动卷筒、钢丝绳及载物滑车,钢丝绳是其核心组成部分.目前还没有明确针对山地轨道运载机钢丝绳的空间数学模型,为了进一步研究钢丝绳力学模型及失效行为,需要推导空间几何数学模型与三维模型,从而避免大规模试验来探究钢丝绳的使用寿命及其损伤规律.首先,山地轨道运载机属于农业运载新式机械,作业环境复杂,因此本文对钢丝绳绳径进行了重新计算.然后利用微分几何学及空间坐标变换原理,推导了山地轨道运载机牵引钢丝绳在直立及弯曲状态的空间螺旋方程.最后,为更直观了解该类钢丝绳的结构,通过已建立钢丝绳空间数学模型,运用MATLAB参数化功能及Solidworks软件曲线、扫描和实体阵列等功能建立钢丝绳三维实体模型.结果表明,通过推导出的钢丝绳在直立及弯曲状态的空间螺旋方程,得出该类钢丝绳直线段和弯曲段的曲率与挠率呈明显的周期性变化规律,并在三维建模中得到钢丝绳股和丝参考点系列坐标.提出了适用于山地轨道运载机牵引钢丝绳的空间螺旋方程,为后续轨道运载机钢丝绳力学模型建立及损伤机理的研究奠定基础.     

自适应神经模糊推理系统在起重机稳钩控制中的应用

起重机小车─吊重系统具有多变量、非线性和钢丝绳长度不确定性的特点,造成吊物移动过程中摇摆很难控制.提出一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的控制方法应用于起重机的稳钩控制,该方法采用反向传播算法(BP)和最小二乘算法(LS)的混合算法对小车─吊重系统样本数据进行学习,调整各变量的隶属度函数,自动产生模糊规则.仿真结果表明,这种控制方法对小车─吊重系统的摇摆角度和小车位置的控制过程具有良好的动态性能和较强的鲁棒性能,说明了自适应神经模糊推理系统在起重机稳钩控制中的有效性.     

大型零件搬运装配的智能辅助设备防摆控制

智能辅助设备(IAD)是一种可与操作者在同一作业空间共同完成作业任务的智能机械装置.针对大型零件搬运装配过程中存在的负载摆动问题,对IAD的防摆控制进行研究,利用拉格朗日功能平衡原理建立了负载水平运动的数学模型,提出了负载防摆控制策略,分别设计了位置控制器和负载防摆控制器,并对防摆控制进行了仿真研究.研究结果表明,这种控制策略有效可行,在分别改变钢丝绳长和负载质量的情况下,小车运动能够跟踪参考位置,并且在启动加速和减速停止过程中,有效抑制了负载的摆角,使摆角快速衰减到零.该研究对于大型零件搬运装配的IAD运动控制系统的设计与实现具有实际的参考价值.     

全并联AT牵引网高次谐波谐振及抑制方案研究

当机车发出的谐波电流分量与牵引网固有谐振频率相等或接近时,可能激发车网系统发生谐波谐振,从而在牵引网上形成过电压和过电流。引入机车诺顿等效模型,分析并联谐振和串联谐振的产生机制及其特性。仿真结果表明:谐振发生时,单位谐波电流的注入会在牵引变电所产生数千伏谐波电压,馈线谐波电流被放大近10倍;牵引网电压和馈线电流的升高主要是和并联谐振有关,串联谐振对网压和馈线电流的升高基本无影响。仿真结果验证了在牵引网上设置二阶阻尼滤波器的有效性,并对其安装位置进行了探讨,对AT牵引供电系统高次谐波谐振研究和抑制技术应用提供了参考。     

打结钢丝绳有限元数值模拟方法研究

采用线性强化模型得到钢丝绳等效的弹性模量和屈服应力,将其应用在打结钢丝绳的有限元分析中。结果表明,该方法应用于打结钢丝绳的数值模拟切实可行。     

Effect of Tension on Friction Coefficient Between Lining and Wire Rope with Low Speed Sliding

In order to obtain the exact friction coefficient between lining and wire rope, the tension of wire rope is studied as a factor which affects this coefficient. A mechanical model of a wire rope subjected to axial load was established to determine the torque of the wire rope. The contact motion between lining and wire rope was regarded as a screw rotation and the axial force of the lining resulting from the torque of the wire rope was analyzed. Theoretical formulas relating tension of the wire rope and the friction coefficient was obtained. Experiments between lining and wire rope with low sliding speed were carried out with friction tester made by us. Experimental results show that increment of the friction coefficient is proportional to that of the tension of the wire rope with a low sliding speed. The experimental results agree with the theoretical calculation; the errors are less than 6%, which oroves the validity of the theoretical model.     

Distribution of wire deformation within strands of wire ropes

Using ANSYS software, we developed a modeling program for several kinds of wire ropes with metal cores and built a geometric model for the 6x19 IWS wire rope. Through proper grid partitioning, a finite element model for calculating the deformation of wire rope was obtained. Completely constraining one end of the wire rope and applying an axial force to the other end, we established the boundary conditions for solving the model. In addition, we numerically simulated the stress and deformation of the wire, obtaining the deformation distribution of each wire within the wire rope under different laying directions.At the end, a tensile test of the 6x19 IWS wire rope was carried out and the results of simulation and experiment compared.