• 2023年第21卷第9期文章目次
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    • 分数阶奇异系统的Lie对称性与守恒量

      2023, 21(9):1-10. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-019

      摘要 (139) HTML (11) PDF 417.96 K (90) 评论 (0) 收藏

      摘要:对称性与守恒量可以简化动力学问题从而进一步求出力学系统的精确解,这样更加有利于研究动力学行为.分数阶模型相比于整数阶模型,能够描述复杂系统的动力学过程,因此在分数阶模型下研究对称性与守恒量是不可或缺的.首先介绍两个分数阶奇异系统,一个系统包含混合整数和Caputo分数阶导数,另一个系统仅含Caputo分数阶导数.由两个分数阶奇异系统分别给出两个分数阶固有约束,并给出对应的分数阶约束Hamilton方程.然后,基于微分方程在无限小变换下的不变性,给出了分数阶约束Hamilton方程Lie对称性的定义,导出了相应的确定方程,限制方程和附加限制方程.第三,建立并证明了两个分数阶约束Hamilton系统的Lie对称性定理,得到了相应的分数阶约束Hamilton系统的Lie守恒量.在特定条件下,本文所得结果可以退化为整数阶约束Hamilton系统的Lie守恒量.最后通过两个算例来说明此结果的应用.

    • 太空天梯网的稳定性分析与应用构想

      2023, 21(9):11-22. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-034

      摘要 (111) HTML (0) PDF 1.40 M (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:太空天梯技术是实现低成本、高效、安全航天运输的一种重要途径.传统的地球天梯和月球天梯对材料强度的要求远超现有技术水平,工程实现难度很大.而土星卫星普遍质量较小,建设土星卫星太空天梯可以有效克服现有材料技术瓶颈并极大促进土星系探索和开发利用.首先,以土卫二为例,建立了“刚性杆-珠点” 天梯模型,推导出拉格朗日动力学方程.在此基础上,完成了系统的稳定性分析,利用线性稳定性理论以及拉格朗日定理分析了不同建模精度以及空间站质量下系统的稳定条件,并将计算结果推广至土星系其他卫星.之后,提出了土星系太空天梯网构想,并初步设计了能够实现在任意两颗卫星之间无工质转移的天梯网构型.最后分析了天梯网的效能和建设可行性.计算结果表明,设计的天梯网中所有天梯均能够在平衡位置保持稳定,且部分天梯能够采用现有复合材料完成建造.相比传统轨道机动方法可节省数千米每秒的速度增量,具有巨大的潜在应用价值.提出的方法和得到的结论可以为天梯网的进一步设计提供支撑.

    • 基于Kriging模型的航空发动机管道系统有限元模型修正

      2023, 21(9):23-32. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-041

      摘要 (65) HTML (0) PDF 1.16 M (109) 评论 (0) 收藏

      摘要:为获得精确可靠的航空发动机外部管道结构动力学模型,采用将Kriging模型与多目标遗传算法(MOGA)相结合的模型修正方法进行有限元模型修正.首先进行管道模型的模态试验和有限元建模,分别获得模态参数的试验值和有限元分析值;然后在合理的参数选取和试验设计(DOE)的基础上,拟合得到Kriging模型;最后基于Kriging模型采用多目标遗传算法进行有限元模型修正,并对比了不同修正方法的精度和修正效果.结果表明:采用Kriging模型进行有限元模型修正可以有效提升修正效果,获得更为准确的有限元模型;对于航空发动机管道系统,基于Kriging模型的模型修正方法相较于基于灵敏度分析的模型修正方法具有更高的修正效率和修正精度.

    • 土壤碰撞问题的刚-散耦合动力学分析

      2023, 21(9):33-40. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-046

      摘要 (44) HTML (1) PDF 1.34 M (104) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以探测器着陆行星土壤为背景,对土壤碰撞问题进行刚-散耦合动力学建模与仿真分析研究.结合离散元方法和多体动力学方法,对半球壳装置土壤跌落问题进行耦合动力学仿真.通过与实验结果及有限元仿真结果对比,验证所采用离散元方法的有效性.分析了颗粒场中颗粒尺寸、恢复系数、静摩擦系数等参数,对碰撞中物体和颗粒场的碰撞加速度、碰撞持续时间、振动波形等动力学响应的影响.本研究将拓展对刚-散耦合动力学问题的理论认识,为探测器着陆系统的设计提供技术支持.

    • 移动荷载作用下非线性基础梁内共振分析

      2023, 21(9):41-49. DOI: 10.6052/1672-6553-2023-061

      摘要 (133) HTML (9) PDF 1.03 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了有限长弹性基础上梁在移动载荷作用下的内共振响应.建立了移动集中力激励的非线性粘弹性基础支承的有限长Euler-Bernoulli梁模型,并对非线性偏微分方程进行离散,在第三阶固有频率与第一阶固有频率成三倍关系时,采用多尺度方法导出了3:1内共振的可解性条件,研究了有无移动载荷时基础阻尼和非线性刚度对梁内共振条件下自由振动响应和受迫振动响应的影响规律.在此基础上,应用Lyapunov第一方法确定了系统的稳定性条件.

    • 光伏阵列清洁机器人路径跟踪改进型自抗扰控制

      2023, 21(9):50-58. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-058

      摘要 (102) HTML (1) PDF 1020.13 K (114) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光伏阵列清洁机器人清洁作业过程中存在路径跟踪精度低与外界不确定干扰等问题,提出了一种改进型自抗扰控制策略来控制驱动单元模型,实现驱动单元角速度(力矩)的高鲁棒性控制,从而提高了机器人的路径跟踪精度.通过分析机器人的运动状态,得到清洁机器人实际运动位姿与期望运动位姿之间的误差.由于外界环境以及其他不确定因素的干扰,通过建立清洁机器人移动底盘带不确定干扰因素的动力学控制模型,在传统自抗扰控制器的基础上通过改进fal函数,提出了一种运动学与动力学内外嵌套的改进型自抗扰策略.改进型扩张状态观测器来实时观测并补偿不确定干扰因素,从而实现清洁机器人高精度跟踪作业目标路径.通过多种目标路径的跟踪仿真实验,最终都表现出了较好的跟踪结果.证明了本文所设计的基于改进型自抗扰控制的光伏阵列清洁机器人路径跟踪控制算法的优越性与有效性,提高了光伏阵列清洁机器人的清洁作业路径跟踪精度.

    • 基于有限差分法的端部约束同轴圆柱壳的流致失稳分析

      2023, 21(9):59-66. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-070

      摘要 (189) HTML (2) PDF 1.39 M (91) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于经典壳体和理想势流理论建立圆柱壳流固耦合系统的运动方程,并引入有限差分法(FDM)对运动方程进行离散.为将壳体表面的扰动压力离散到差分网格节点,基于差分离散的原理,提出了以分段函数作为基函数的展开方法.本文对结构与压力控制方程均采用FDM方法进行求解,发展了一种基于FDM的同轴圆柱壳流固耦合求解策略.首先,利用本文方法计算了同轴圆柱壳在静态流体环境中的振动频率,并与有限元软件(ANSYS)的计算结果相比较,验证了本文方法的正确性;然后,探究了在静流体环境中同轴圆柱壳的结构参数变化对其振动频率的影响规律;最后,研究了同轴圆柱壳系统在运动流体环境中的流弹失稳问题.

    • 局部耦合的双层忆阻神经元网络的嵌合态和同步

      2023, 21(9):67-73. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-033

      摘要 (45) HTML (4) PDF 1.82 M (96) 评论 (0) 收藏

      摘要:嵌合态被发现存在于神经系统并且可能在神经元节律、大脑的睡眠和记忆等诸多神经过程中发挥重要作用.本文考虑神经元交互中的电磁感应现象,建立了以HindmarshRose神经元为节点的局部耦合的双层忆阻神经元网络,研究其嵌合态时空动力学模式及产生机理.结果发现,改变层内、层间突触耦合强度会使网络产生移动和不完美移动嵌合态等多种类型的嵌合模式,其中不完美移动嵌合态中不相干的区域会扩展到网络的相干域.特别地,在特定耦合强度下,存在一种新的嵌合态活动模式,即一部分神经元处于嵌合态,另一部分神经元处于移动嵌合态.考虑神经元突触的忆阻特性,发现忆阻参数的增加能够使处于嵌合态的神经元网络转变为同步态,且耦合强度越大,达到同步态所需要的忆阻参数值越小.进一步探究双层网络的同步性,发现层间耦合强度和忆阻参数的增大有助于网络达到更好的同步.研究结果表明神经元之间的相互作用可以激发双层神经元网络产生多种嵌合态模式,电磁感应可以促进网络由嵌合态向同步态转迁,这些结果有助于理解人脑中复杂的神经放电过程和信息处理机制,并为可能的类脑装置应用提供参考.

    • 基于准零刚度隔振器的自适应模糊控制

      2023, 21(9):74-82. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-036

      摘要 (128) HTML (2) PDF 1.55 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:准零刚度隔振器兼具高承载力和低固有频率,对于隔离地面的振动具有良好的效果.但准零刚度隔振器在平衡位置处刚度较低,这会使负载对低频的直接扰动力具有很强的敏感性并且隔振器的工作位置很容易出现偏差;其次,准零刚度隔振器的负载受到的扰动越大则表现出的非线性越强,这种非线性又会导致振幅放大和幅值跳跃.针对以上问题,提出了一种基于非线性准零刚度隔振器的自适应模糊控制方法,该方法在天棚阻尼的基础上增加了位置反馈量,并以负载的振动频率作为自适应系数,以Sigmoid函数建立自适应系数和振动频率之间的关系,控制方法采用模糊控制.首先建立了准零刚度隔振器的物理模型,之后利用Matlab/Simulink对系统动力学特性和控制系统进行仿真,最后搭建了主动隔振试验系统对所提方法的有效性进行验证.结果表明,所提方法对于作用在负载上的复杂且时变的直接扰动具有良好的抑制效果,同时对负载具有精准定位的作用.

    • 基于流固耦合的非满载液罐车制动性能分析

      2023, 21(9):83-90. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-038

      摘要 (54) HTML (0) PDF 1.24 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究非满载充液罐车紧急制动过程中液体晃动剧烈程度,采用有限单元法对液罐车减速过程中液体晃动进行模拟.分析了相同充液比下全防波板的数量差异、相同表面积的部分防波板安装位置对液体冲击力的影响,同时,将液体压力作为负载加载到防波板上研究防波板应力变化.仿真结果得出:纵向布置的全防波板随数量的增加,可以明显降低减速过程中液体对前封头的冲击力;与相同表面积的下端防波板相比,上端防波板对降低冲击力的影响较小;将液体晃动得到的压力作为防波板载荷输入,应力最大值出现在第二块防波板处.

    • 滑跑无人机起降过程动力学特性分析及性能底数评估

      2023, 21(9):91-97. DOI: 10.6052/1672-6553-2023-020

      摘要 (130) HTML (1) PDF 1.44 M (92) 评论 (0) 收藏

      摘要:在备战打仗大环境下,为了给装备试验考核提供技术参考,针对滑跑起降无人机起降阶段机身-起落架-地面之间复杂的动态特性,本文建立了飞机-起落架-跑道的系统动力学仿真模型及动力学方程,分别采用多尺度法和有限元分析法研究了其在不同气动载荷、重力以及作动筒载荷耦合作用下的系统动力学特性,并对可靠性和安全性进行了仿真分析.结果表明,不同降落速度对起落架-地面系统的动力学行为有较大的影响;起落架系统强度、刚度和安全特性满足相关指标.通过滑跑起降无人机动态安全特性以及在飞行作战中的极限疲劳寿命分析,为后续武器装备的考核以及性能底数评估提供了技术参考.

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