某光学测量平台的车载运输隔振设计与测试

精密光学测量平台在车载运输过程中会受到振动与冲击,振动量级直接影响测量平台的精度与可靠性.因此有必要对光学测量平台进行运输隔振设计.首先基于单质体多 自由度振动理论对光学测量平台动力学模型进行简化分析,提出了 一种光学测量平台的被动隔振方案.然后利用典型工况的路谱作为激励进行随机振动分析并预估振动量级,最后依据实际工程经验进行路面运输试验.试验结果表明,在二级公路以60 km/h匀速行驶的工况下,平台上精密光学元件安装处的垂向振动传递率为0.26,且高频激励(20～250 Hz)有显著衰减,验证了光学测量平台隔振方案的合理性与有效性.     

声纳安装平台减隔振主被动控制研究

为了减隔从舰船壳体向声纳阵传递的振动,设计了一种声纳安装平台主被动减隔振系统.在该系统中,采用弹簧和橡胶垫作为被动隔振元件,用以抑制高频振动;采用超磁致伸缩执行器作为主动致动器,用以抑制低频振动.建立了考虑流固耦合的系统动力学方程.基于线性矩阵不等式,设计了H∞控制器,对声纳安装平台减隔振系统进行了数值仿真研究.研究结果表明,所设计的主被动声纳安装平台减隔振系统对于舰船壳体传来的振动噪声以及外界扰动能有效加以抑制,从而提高了声纳的信噪比.     

仿生张拉机械腿及其抗冲击性能仿真分析

针对机器人腿足系统抗冲击性能差的问题,基于生物张拉原理开发了一种仿生张拉机械腿。该机械腿关节间不存在刚性铰接轴,通过添加柔性材料模拟生物关节韧带和筋腱作用。仿真结果表明:相比传统机械腿,仿生张拉机械腿具有更好的抗冲击性能。材料敏感性分析表明,足-地冲击过程中,仿生张拉腿中的柔性构件通过变形有效吸收冲击能量,缓释了冲击作用强度,改善了刚性构件的应力分布状态。研究范围内仿生筋腱材料软硬保持不变,仿生韧带的弹性模量越小,仿生腿的抗冲击、抗弯能力越强;保持仿生韧带软硬一定时,仿生筋腱的弹性模量越大,仿生腿的抗冲击、抗弯能力越佳,进而为机器人腿足系统的创新设计提供了理论依据。     

整星隔振器动力学参数的原理性设计

为了研究整星隔振技术动力学参数的设计原理,通过整星隔振系统的动力学模型,讨论了整星隔振器的质量、刚度、阻尼对整星隔振系统隔振性能的影响,进而建立了卫星的整星隔振器原理性设计原则.并概念性设计了一种离散型整星隔振器,通过振动台对隔振器的隔振性能进行了试验研究,试验结果表明离散型整星隔振器具有理想的隔振性能,验证了原理性设计原则的正确性和有效性,该原则能够推广到其他实际的整星隔振器设计中.     

两栖仿生机器蟹动力学建模及能量最优分配

为了获得两栖仿生机器蟹动力学模型和能量最优分配模型,针对机器蟹的结构特点,利用并联理论对机器蟹进行了陆地和水下两种环境的动力学建模,并在动力学求解基础上通过对目标函数的优化解决了机器蟹在超确定输入情况下能量和力矩的最优分配问题.得到了仿生机器蟹动力学模型、驱动力矩最小分配模型、驱动能量最小分配模型3个结果.最后,通过仿真实验验证了结论的正确性.     

主动隔振系统的并行设计方法研究

针对传统的串行设计方法很难使主动隔振系统性能达到全局最优这一问题,提出了一种基于线性矩阵不等式(LM I)的主动隔振系统机械结构参数及其控制器的并行设计方法.该方法将主动隔振系统机械结构及控制器的设计结合起来,从提高系统隔振效果出发,得到了系统机械结构参数和控制器的最优设计准则.给出了一个运用此方法进行超精密隔振平台并行设计的实例,理论分析和仿真计算结果表明,并行设计的主动隔振系统较传统串行设计的系统能够明显降低隔振对象的振动位移,从而有效提高系统的隔振效果.     

仿生表面形态对齿轮动力学性能的影响

为了实现齿轮的参数化建模,在Pro/e中建立渐开线直齿圆柱齿轮轮齿模型,以工程仿生学和有限元理论为基础,运用MSC.Nastran对普通齿轮和仿生表面形态齿轮进行了瞬态频率响应分析,并通过激光雕刻技术将仿生表面形态加工在齿面上,进行实际的台架试验.试验和有限元模拟结果表明:在相同的内部激励作用下,普通齿轮和仿生表面形态齿轮的响应情况不同,其中仿生表面形态齿轮的形变量最小,可以有效地改善齿轮的动力学特性,提高齿轮的可靠性.     

主动控制的高精度隔振平台的仿真

高精度隔振平台以的环境微振动干扰是复杂的,因此研究了隔振平台动力学和主动控制方案,对复杂振动环境下采用电磁力控制的高精度隔振平台作了计算机仿真,根据仿真结果,比较了平台系统各参数对平台主动和被动隔振效果的影响。     

单自由度主动隔振系统建模及PID控制

对单自由度主动隔振系统建立了数学模型和动力学方程,并对所建立的隔振系统进行了理论和数值仿真研究.结果表明,该主动隔振系统在整个频段均具有很好的隔振效果.     

低RCS立柱结构仿生设计及仿真分析

分析了空茎植物硬质层的弹性变形关系,结合结构仿生的基本理论,借鉴植物茎杆结构与立柱在功能和受力方面的相似性,对低RCS立柱结构进行了结构仿生设计,并对立柱内部的筋板进行了仿生布置,通过有限元仿真分析.对仿生改进结构进行了静动力学特性验证.     

库仑摩擦阻尼新型复合隔振器的摩擦副特性分析

本文针对模型平台系统的结构和受力情况,应用当量粘性阻尼理论,对基于摩擦耗能机理的导弹惯性平台隔振器中的一种具有振幅反馈机制的库仑摩擦阻尼隔振器进行了理论建模.推导了隔振传递率的一般公式,研究了系统共振传递率与摩擦副材料(即摩擦系数)之间的关系,给出了模拟值与试验值,验证了理论与试验的一致性.     

舰船动力装置高频振动隔离问题的有限元分析

为对船舶动力装置振动系统的高频振动问题进行准确的隔振效果预测,并能全面考虑非刚性基础和橡胶减震器驻波效应对系统隔振效果的影响,本文从结构动力学角度出发构造了一种有限元分析模型,并对包括振源——橡胶减震器——非刚性基础这样一个完整的隔振系统的隔振效果进行了理论和实验两个方面的分析.通过与传统隔震设计方法、本文物理模型的解析解和实验所得结果进行的比较可知,有限元分析模型绐出的隔振效果预测值在中高频范围(200～1000Hz)最为接近实验结果,从而为船舶动力装置高频隔振分析提供了一个可行的途径.     

六足仿生机器人腿部动力学分析与控制

为了实现六足仿生机器人的多种运动模式,提高不同路况环境的适应能力,提出了一种带有变形关节的新型腿部结构.采用拉格朗日方法建立了用于控制机器人腿部的动力学模型,设计了计算力矩+RBF神经网络复合控制器,其中计算力矩是已建模的部分,神经网络补偿动力学模型中未建模部分、结构参数的测量误差以及外部扰动.采用MATLAB对腿部的轨迹跟踪控制进行仿真,结果表明了该控制器跟踪精度更高,具有优良控制性能.     

超精密隔振系统的建模与参数辨识

根据超精密隔振器的内部结构和隔振系统的布置形式,建立了超精密隔振系统的动力学模型,并在此基础上推导出理论频响函数。提出了隔振系统的频响测试方法,根据测试数据的特征值,计算获得了隔振系统动力学参数的初始值。采用参数调整法,使理论频响曲线不断逼进实验频响曲线,从而辨识出隔振系统的动力学参数。实验和误差分析结果验证了动力学模型的有效性和辨识参数的可信性。     

非接触式定位隔振平台机电联合仿真分析

为了研究工作于空间微重力环境的非接触式定位隔振平台的工作性能,利用机电联合仿真方法对平台的6自由度定位和微振动隔振功能进行仿真分析. 介绍所设计非接触式定位隔振平台的工作原理,其中平台的激励单元、位置测量单元和加速度测量单元分别利用非接触式二轴作动器、二维位置敏感探测器和单轴加速度计根据空间对称布置方案构成,并基于位置和加速度反馈设计平台控制器. 利用ADAMS和MATLAB/Simulink,分别建立平台的机械系统仿真模型和基于位置与加速度反馈的闭环控制系统仿真模型,获得平台的机电一体化联合仿真模型. 利用所建立的联合仿真模型,对平台的定位和隔振性能进行仿真分析. 结果显示,在小范围定位模式下,所设计平台的6自由度位移和角位移控制误差分别小于10 μm和2×10^-5 rad;在隔振模式下,平台在6自由度方向对0.01~1 Hz正弦直接振动干扰的抑制效率为39~73 dB,对1~100 Hz正弦直接干扰的抑制效率为19~73 dB,在隔振控制过程中浮台与基台的相对位移小于1 mm.     

大推力液体火箭发动机启动冲击响应特性研究

大推力液体火箭发动机结构对启动冲击环境的适应性对于发动机自身及火箭的可靠性与安全性均有重大影响。提出了精细化、系统性的发动机三维动力学建模技术,建立了组/部件及整机模型,采用元素型模型修正方法和模态测试数据对数学模型进行修正,获得准确的发动机结构动力学模型;基于冲击动力学理论,提出了研究发动机启动冲击力学环境效应的非线性瞬态动力学分析方法,仿真研究了结构对瞬态、强载荷冲击激励的动力响应规律。研究结果表明,预示前四阶模态与试验结果的一致性较好,模型的准确性满足冲击动力学分析要求;振动监测点的响应预测数据与试验测量值基本吻合,验证了启动冲击作用下结构瞬变过程分析方法的有效性;发动机的动态位移满足结构总体干涉和运动包络要求,掌握了发动机结构的薄弱环节在发动机氧化剂入口管的固定支板处,通过抗冲击结构改进设计成功地解决了该问题,提高了发动机结构的抗冲击能力和可靠性;文中的建模技术及冲击动力学分析方法为发动机结构精准动力学预示及试验提供了技术途径。     

仿生双尾推进的试验研究

针对单尾鳍摆动推进存在的机器鱼摇艏问题,理论分析了仿鱼尾鳍摆动过程中推力系数和侧向力系数的脉动情况,设计出仿生双尾推进器,并将其应用于小水线面双体船,开发出新型仿生双尾推进水上试验平台,同时,根据鱼类高效推进的机理,分析了仿生双尾推进器尾涡的相互影响.实验研究结果表明仿生双尾推进的尾鳍摆动频率和摆幅对推进性能影响较大,其中幅值的影响更加明显,月牙形尾鳍具有更高的推进效率.仿生双尾利用并发挥仿鱼推进的优点,具有良好的推进和操纵性能.     

仿生扑翼机构设计及仿真分析

仿生扑翼机构在设计时是要实现仿造动物的扑翼方式.本文提出了一种新型的仿生扑翼机构,来对鹰翅翼的扑翼方式进行模仿.使用UG进行实体建模以及通过动力学仿真进行该机构可行性的验证.使用ADAMS创建了扑翼机构虚拟样机,同时对其进行了仿真分析以及优化设计,从而获得了满足设计目的的最完善的扑翼结构.分析结果可以为扑翼机构进行快速制作实物以及对研制扑翼飞行器有所参考依据.     

非线性抗冲隔振系统研究

从牛顿—欧拉方程出发建立了舰船机电设备抗冲隔振系统的非线性模型,并通过实例计算结果指出,该类隔振器具有良好的隔振效果。研究表明,由于转动角速度较小,在运动方程中的陀螺力项可以忽略,这对于隔振系统建模有重要意义。该结论对如何正确设计设备支撑保护系统提供了理论参考依据。     

柴油机谐振系统的冲击响应分析

运用有限元的方法,建立了柴油机重要部件——隔振系统架的计算模型,对其冲击下的状况与正常工作状态下的情况进行了对比研究,评估了其抗冲击能力,为柴油机隔振系统的结构改进和设备的冲击保护装置设计提供了依据。