考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析

本文主要研究了含间隙运动副桁架单胞的等效建模方法.主要考虑了桁架单胞的等效刚度问题以及阻尼问题.首先从间隙铰链开始研究,提出全面的铰链模型;其次提出用位移法将桁架单胞等效成板,即把桁架单胞看成是由梁元组成的钢架结构,运用平面钢架位移法得出桁架单胞的等效刚度矩阵,进而得出结构的整体固有频率和等效后的板的刚度矩阵.最后用有限元软件ANSYS对单胞结构在不同边界条件下进行了模态分析,将在自由边界条件下的固有频率和解析得出的频率做了对比,发现二者有很好的吻合度.结果表明由于间隙运动副的存在,使得桁架单胞结构的刚度降低,柔性增强.     

航天器大型空间桁架结构变形监测方法研究

大型空间桁架结构在航天器上有着广泛的应用;由于其具有质量轻、刚度低、阻尼小等特点,在受到扰动时可能发生振动和变形,影响载荷的正常工作甚至危害航天器的安全;以大型空间桁架的整体结构作为研究对象,对桁架结构的变形监测方法进行了研究;基于逆有限元提出了一种适用于桁架结构的变形监测方法,该方法以传感器测得的结构应变为基础重构桁架结构的变形;利用有限元仿真对该方法进行了验证,同时研究了在应变值存在误差的情况下形变重构的精度;结果表明,在应变值具有±5%的随机噪声时结构形变重构的误差优于±3%;该方法有较高的变形重构精度,对于航天器桁架结构的变形监测有重要的指导意义。     

局部各向异性的薄壳收缩变形

基于位置动力学提出局部各向异性的薄壳收缩变形方法.首先针对基于位置动力学变形模拟方法的材质局限性的不足,提出薄壳收缩变形的弹性变形能,实现了多材质的弹性收缩变形.其次,针对薄壳收缩变形过程中的抖动问题,给出适当的弯曲能系数,实现了稳定的收缩变形.第三,针对薄壳局部类球面结构收缩变形缓慢且细微的不足,定义了局部各向异性ARAP变形能等,实现了薄壳局部类球结构的快速、显著、稳定的收缩变形.最后以轴向平行包围盒与非渗透滤波器作为碰撞检测的预处理,剔除不可能发生碰撞的图元对,提高了收缩变形过程中的碰撞检测效率.相关实验结果表明,提出的薄壳收缩变形算法适用于多种材质模型以及多种各向异性能量,且有效地解决了抖动及局部类球结构收缩变形缓慢且不显著等问题.     

基于衣片网格局部变形的服装多样性研究

针对服装建模过程中,需要反复修改衣片来获得令人满意的虚拟服装模型以及计算复杂度高的问题,提出一种基于多控制点的衣片网格局部变形方法.该方法首先建立衣片网格模型,然后利用OpenGL的选择模式移动服装关键点,进而得到边界控制点,利用控制点对衣片网格模型进行局部变形,最后对衣片建立受力模型,通过虚拟缝合、碰撞检测以及纹理映射建立三维服装模型,展现服装整体效果,得到多样的服装模型.实验结果表明,由于在算法中不需要重新网络化,故具有较低的计算代价,同时也使得到的服装模型更加多样化.     

基于椭圆变形域的图像局部变形

图像局部变形技术是图像处理领域的一个分支,它只改变图像中指定区域范围内的特征而保持其他区域不发生变化.文中在径向基函数的基础上,提出了一种基于椭圆变形域的图像局部变形的算法,并讨论了函数中关键参数的选取对变形效果的影响;通过对变形区域的影响半径R和影响系数s的设置,控制图像局部变形的区域,从而解决了图像变形过程中产生的重叠映射;最后,介绍了图像局部变形的算法流程,利用VC++6.0和OpenCV搭建实验平台对算法进行了验证,实现了交互模式下的图像局部变形     

鼠笼局部断裂的刚度特性及其转子动力学特性分析

本文针对带有局部断裂的鼠笼刚度特性以及其支承的转子系统动力学特性开展研究.首先基于力学分析推导了鼠笼局部断裂刚度理论计算公式.其次,基于带有局部断裂的鼠笼有限元模型进行其刚度计算,并采用最小二乘法对有限元刚度计算结果进行分析,提出了鼠笼局部断裂后的拟合经验刚度公式,通过对比分析得出局部断裂对鼠笼刚度特性的影响.最后,建立带有鼠笼局部断裂的两支点弹性支承转子系统的动力学模型,并仿真获得了带有鼠笼局部断裂转子系统的固有特性和振动响应的变化规律.结果表明:鼠笼局部断裂导致其刚度下降以及支承刚度不对称,引起转子系统临界转速下降,且水平、垂直振动有差异,轴心轨迹呈椭圆形.     

一类三关节体操机器人的类等效建模

无力矩驱动模式的电机驱动器使得三关节体操机器人控制难度增加,但具有实际意义.针对该类机器人系统,提出了基于＂类等效＂思想的简化动力学模型,该模型由刚体动力学和加速度驱动两个子模型构成.利用拉格朗日法建立刚体动力学方程;使用频率响应法得到加速度驱动模型的伯德图并确定了其阶次,根据阶跃响应曲线确定其纯滞后;使用改进的遗传算法辨识模型参数.通过对简化前后的模型进行对比实验以及简化模型的稳定控制实验,验证了简化模型的有效性和优越性.     

某TMA遥感器桁架支撑结构动态特性研究

空间遥感器中,支撑结构是保证光学元件结构位置精度及成像质量的关键.为了提高支撑结构的设计性能,确保结构的稳定性,利用CAE技术考核动态特性是遥感器研制过程中的一个重要环节.利用有限元平台,运用大质量法,建立了某TMA遥感器桁架支撑结构的动力学模型,进行了动态特性的仿真分析.依据动态特性仿真结果,发现了支撑结构中的薄弱环节,并进行了优化设计.仿真分析结果表明,优化后的遥感器桁架支撑结构固有频率明显提高,第一阶固有频率达到122.1Hz,保证了遥感器桁架支撑结构在外界动态载荷作用下的动力学响应.     

刚度和等效质量对SEA能量放大特性的影响

对简单的SEA(series elastic actuator)模型采用解析法求解,得出了驱动器输出能量曲线,分析了其能量放大特性,解决了Paluska的SEA能量分析的无解析解问题.并针对Paluska分析中对动力学模型的过度简化,引入了传动机构的等效质量的概念,完善了SEA的能量放大作用模型.为了便于求解和分析,对SEA能量放大模型各参数进行归一化处理,并在归一化条件下通过频域转换方式进行数值求解,得出该条件下的驱动器输出能量曲线,从而得到了该模型下的SEA能量放大特性及其随系统参数(弹簧刚度、传动机构等效质量)的变化规律.     

多索-单梁耦合结构的动力学建模及非线性特性研究

大跨度斜拉桥通常采用密索体系,拉索的振动频率非常接近,同时拉索之间也可能存在倍频关系.因此,可能存在索与索之间的相互耦合振动.索是斜拉桥的重要承重构件,对多索-单梁的动力学特性进行研究至关重要.本文考虑到索梁、索塔及塔梁的边界条件和连接点处的连接条件,基于Hamilton变分原理,建立了多索-单梁结构的运动微分方程.经过无量纲化处理,根据分离变量法,得到了其降维约化后的运动微分方程.本文取相邻的两根索考虑两种工况模型,对不同工况下的双索-单梁耦合结构的动力学行为进行了参数分析.研究发现,不同于以往资料中的“频率转向”现象,在本文中,两条频率曲线在频率值接近处,并未迅速分离,而是在相对一小段参数范围内继续保持平行且相互靠近,随后再迅速分离.最后,研究了双索-单梁耦合结构的非线性特性,分别对结构进行了两自由度和单自由度离散,研究发现,结构单模态假设在非共振区域能反映结构的非线性特性,但是在共振区域,结构的非线性特性会发生跳跃变化,应用2自由度模态理论进行研究更为准确.     

大型桁架展开机构热控涂层设计和热变形分析

为控制大型桁架展开机构在低地轨道(Low Earth Orbit,LEO)上的热变形,建立相应的热分析有限元模型,提出3种热控涂层备选方案.根据不同方案计算出机构在LEO上运行4个周期的瞬态温度场,并以最后一个周期的瞬态温度场为基础计算机构的热变形.对热变形的结果进行比较,选取变形值最小的热控涂层方案进行优化,使3根主梁的温差达到最小,从而有效控制桁架展开机构的热变形.     

空间桁架结构优化设计

为获得空间桁架结构的合理构型,以某空间设备支撑结构为例,分析结构材料在设计空间的分布形式和桁架结构的传力路径。在已知载荷约束和设计空间大小的条件下,基于连续体拓扑优化方法,以静态多工况刚度和动态固有频率为多目标函数进行优化分析。依据设计要求确定计算模型的结点数和结点位置,获得满足要求的空间桁架结构并进行优化设计。优化结果比原模型质量减少36.7%,一阶模态提高3.6%。     

压电自适应桁架结构智能振动控制

介绍了采用模糊神经网络模型进行振动主动控制的压电自适应桁架结构设计、应用及实验结果. 设计了一种具有自适应结构技术的压电主动构件结构, 并提出了具有5层结构能够自调整隶属函数的模糊神经网络控制模型. 为了验证控制模型的有效性, 搭建了配置压电主动构件的双跨桁架结构试验平台, 通过检测误差信号, 由模糊神经网络控制模型确定主动构件的驱动输出. 试验结果证实了模糊神经网络控制模型在振动抑制方面的有效性.     

Volumetric subspace mesh deformation with structure preservation

Existing deformation techniques are oblivious to salient structures that often capture the essence of 3D meshes. Combining with gradient domain technique, we propose an alternative approach to preserve these structures in the volumetric subspace. Through a simple sketching interface, the structures of the input mesh are specified by the user. During deformations, these key structures are constrained to deform rigidly to maintain their original shapes, hence avoiding serious visual artifacts. However, this process leads to a nonlinear optimization problem. To guarantee fast convergence as well as numerical stability, we project the deformation energy onto a volumetric subspace which envelops the input mesh. Then the energy optimization is performed in this subspace to greatly facilitate the editing of large meshes. Massive experimental data demonstrate the effectiveness and efficiency of our algorithm. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

预变形对非线性结构响应特征的影响

含有大变形非线性约束的结构中,往往存在不同程度的预变形,导致系统静平衡点的改变.预变形的存在使得系统的动力学控制方程同时含有平方和立方非线性.实验结果表明,较小的激励力就能激发出含预变形非线性结构的软弹簧频响特征.以实验中的参数作仿真分析,结果表明,随着预变形的逐渐增大,非线性结构频响特征呈现从硬弹簧特性向软弹簧特性的转变,并求出了转变过程的临界变形.而随着外载荷幅值的增大,则是从软弹簧特性向硬弹簧特性转变.在不同预变形和激励力幅值下,还出现了超谐波共振和次谐波共振的现象.     

刚弹耦合质量摆减振结构的动力学建模

利用Hamilton变分原理建立高层建筑质量摆减振结构在考虑刚弹耦合作用下的动力学模型．此模型中把高层建筑当作竖直悬臂梁即无线自由度结构处理,模型具有2个独立变量,为梁横向位移和质量摆的转角,同时考虑了几何非线性的约束条件,形成了一个非线性刚弹耦合方程．最后采用Galerkin方法对其离散化,导出有限维离散化动力学模型,并给出仿真算例,验证了该模型的正确性．     

考虑电流动态的无轴承异步电机解耦控制策略

目前的无轴承异步电机解耦控制策略没有考虑定子电流动态影响,限制了其控制性能的提高.为此,本文首先分析了电机的数学模型,在考虑转矩系统定子电流动态的前提下,建立了无轴承异步电机的状态方程;在系统可逆性分析的基础上,解析推导出了无轴承异步电机的逆系统动态数学模型;基于逆系统方法,研究了转速、转子磁链和两个径向位移分量之间的动态解耦控制策略.仿真研究结果表明:控制系统具有优良的动态解耦性能和较强的抗负载挠动能力.所提出的解耦控制策略是有效的、可行的,并可在一定程度上简化控制系统结构.     

New strategy of modeling inversion layer characteristics in MOS structure for ULSI applications

With the development of ULSI silicon technology, metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) devices are scaling down to nanometer regime. Energy of carriers in inversion layer in MOS structure is quantized and consequently, the physics and then the transport characteris-tics of inversion layer carriers are different from those in semi-classical theory. One essential matter is that the widely used concept of conduction band (valence band as well) effective density-of-states is no longer valid in quantized inversion layer. In this paper, an alternative concept, called surface layer effective density-of-states, is used to model the characteristics of MOS structure including threshold voltage, carrier sheet density, surface potential as well as capacitance.