后掠风力机叶片非定常气弹耦合模型与响应分析

后掠叶片外展段后掠,弹性轴与扭转轴分离,致使叶片非线性变形显著,气流沿叶片展向流动和气弹耦合特性增强。为精确分析后掠叶片的结构与气动之间的耦合关系,采用螺旋尾涡升力线模型结合修正的B-L动态失速模型,并计及积叠线瞬时变形对诱导速度的影响,计算非定常气动载荷;叶片结构部分通过超级单元将后掠叶片离散成多体系统,借鉴成熟的多体递归建模技术,实现转动叶片的高效组装与数值求解。通过模拟NREL 5 MW直叶片的稳态响应,验证计算模型的有效性与精度;然后分析5 MW后掠叶片,在变桨距和不变桨距情况下的非定常气动响应。数值仿真结果表明,该模型能有效地模拟后掠叶片非线性变形和非定常气动特性,能为新型降载增效后掠叶片的气动性能、疲劳载荷谱分析与结构优化设计提供有效数值分析方法。     

基于遗传算法精密机床立柱的多目标优化

立柱是机床的核心部件之一,其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象,通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力,获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化,获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后,立柱质量没有增加的前提下,立柱的最大响应振幅大大降低,从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。     

风力机柔性叶片模态气动阻尼分析方法研究

针对大型水平轴风力机柔性叶片的模态气动阻尼数值分析方法进行研究。运用多体系统动力学建模方法和风力机叶片空气动力学模型,建立柔性叶片的气弹耦合方程,在求解此方程得出叶片在某运行工况下的气弹响应基础上,结合柔性叶片振动模态参数包括模态频率、模态向量和模态质量等物理量的识别和振动能量损失法,即计算气动力在叶片振动周期内所做的功,导出叶片模态气动阻尼比计算式,建立叶片挥舞、摆振各阶模态气动阻尼比分析流程。算例分析某柔性叶片在多种稳态风速下一阶模态气动阻尼比,表明所建立分析方法的有效性和可靠性。为大型风力机柔性叶片气动阻尼特性和气弹稳定性分析提供了有效的分析手段。     

动力学仿真中的子系统建模技术研究

针对目前复杂机械系统动力学仿真软件建模效率偏低、模型无法重用、用户起点高等缺点,对复杂机械系统动力学仿真中的子系统建模技术进行了研究.提出了多级子系统的坐标切换方法,设计了子系统模型的接口方案,并提出了子系统的装配算法和面向子系统装配的参数化求解算法.在算法研究的基础上,开发了子系统建模组件和汽车子模型库,并集成于动力学仿真分析平台InteDyna.通过与某汽车企业合作,将InteDyna应用于多款车型的整车动力学仿真分析和实车试验,验证了子系统建模技术的有效性与可靠性.     

水平轴风力机柔性叶片多体动力学建模与动力特性分析

为用较少自由度实现水平轴风力机柔性叶片气弹耦合分析,用超级单元（Superelement）方法将柔性叶片离散为由带有力元弹簧及阻尼器的旋转铰连接的有限个数体,基于多体动力学理论,应用R-W（Roberson-Wittenburg)方法导出叶片多体系统动力学微分-代数方程组;研究方程组数值积分方法及通过脉冲响应谱实现系统动力特性分析方法;分析某1.5 MW风力机叶片在脉冲载荷作用下的动力响应与固有频率,并通过与ANSYS、ADAMS结果对比验证方法及编制程序的有效性与正确性。结果表明,超级单元法能用较少自由度准确描述柔性叶片弹性变形与动力载荷与叶片位移间耦合,为风力机气动弹性耦合及稳定性分析提供实用分析方法。     

面向汽车动力学自动建模的模型描述语言研究*

定义了一种模型描述语言--MDL,采用BNF范式描述了MDL的语法规范,分析了其实现的内在机制.在汽车动力学建模中,将汽车模型采用自顶向下的划分方式,划分为多个相对独立的子系统,采用模型描述语言对各个子系统的组成构件及其约束关系进行描述和定义,从而完成了一个整车动力学模型的描述.这种方法可以简化汽车建模的复杂性,提高模型的可扩展和可重用性,同时能够保证模型的精度和准确性.并在自主开发的汽车动力学仿真分析平台InteDyna中验证了这一方法的有效性.     

复杂机械系统的多体动力学参数化建模技术研究

在开发复杂机械动力学仿真分析软件InteDyna的过程中,将参数化驱动技术引入复杂机械动力学系统的建模中.使用面向对象的分析方法,建立了复杂机械动力学系统的基本参数化模型,并引入工程参数,支持多体动力学系统的快速建模和模型重用.     

压电多层膜悬臂梁受力的有限元仿真

采用有限元软件ABAQUS6.14对压电多层膜悬臂梁进行了仿真模拟,在自由端受集中载荷下,预测薄膜结构对悬臂梁曲率半径和自由端及中心固定端等效应力的影响.结果 表明自由端受到的载荷越大,则各层所对应的自由端和中心固定端的等效应力越大,而中性层曲率半径则越小.薄膜厚度越厚,自由端和固定端各层的等效应力越小,而各层的中性层曲率半径越大.同时将数值解与解析解进行比较,以验证有限元模型的正确性.仿真结果与解析解吻合良好,为后续MEMS微悬臂梁器件的结构优化和加工工艺提供可靠依据.     

数控机床旋转轴几何误差测量与辨识研究

辨识机床旋转轴的几何误差是提高机床加工性能的关键。然而在测量过程中,摆放误差对测量结果的影响不可避免。过多的拆卸与摆放不同的位置进行误差测量会导致较多的摆放误差引入到测量结果致使辨识的误差结果不精确。为了减少上述的影响,基于多体系统理论通过球杆仪测量方程提出一种测量方法,该方法仅仅通过球杆仪两个位置的移动测量便可辨识旋转轴与位置有关的6项几何误差,降低了由于过多拆卸和摆放球杆仪造成摆放误差对测量结果的影响。最后以RTTTR型五轴机床为例,通过MATLAB程序仿真验证了该方法的可行性。程序仿真表明,该方法在精密机床旋转轴几何误差测量的精度检测中具有一定的应用前景。     

三维几何约束求解的变分算法

研究了运动学变分原理在三维几何约束求解中的应用，提出了变分求解算法．该算法采用相对坐标，将求解域从笛卡儿空间转换到相对坐标空间．对于约束开环，依次选取相对坐标即可获得满足几何约束的刚体位姿；对于约束闭环，通过切断闭环铰，将约束闭环转化为等价的广义开环与切断铰约束代数方程，其切断铰约束代数方程的相对坐标雅克比矩阵解析式可通过变分关系显式获得．最后通过实例验证，说明该算法具有较高的求解效率与稳定性．