摘要:将自然环境中的振动能,通过能量采集装置转化为电能,为低功耗的电子器件提供清洁可持续的能源,对推动无线传感电子技术的发展具有重要意义.当环境的振动频率远低于采集装置的固有频率时,传统振动能量采集技术的采集效率将会明显降低,无法匹配低频的环境激励,而基于低频激励的簇发振荡通常表现为激发态的大幅振荡与沉寂态的微幅振荡的组合,具有大幅运动的高能轨道,在低频慢变激励的环境下依然保持较为良好的采集性能.因此,开展适应低频激励环境的能量采集技术的研究是很有必要.本文系统地概述了簇发振荡能量采集器的机电耦合能量转换装置、簇发振荡能量采集的动力学机理、簇发振荡能量采集的效率三个方面的研究进展.最后,给出了开展簇发振荡能量采集技术研究的一些建议.

摘要:以一类单轮式飞机前起落架动力学模型为研究对象,将非光滑项进行光滑拟合后,通过坐标变换将系统转化为规范形.运用Hopf分岔理论计算了系统的极限环曲率系数,根据它的符号判断Hopf分岔的类型,并通过数值模拟验证了理论推导的正确性.对系统施加线性反馈控制器,分析控制参数对系统Hopf分岔行为的影响；对系统施加非线性立方反馈控制器,通过幅值计算公式,讨论控制参数对极限环幅值的影响.结果表明,线性控制器能使系统的Hopf分岔点后移,从而减小Hopf分岔的不稳定区域；非线性控制器在不改变系统Hopf分岔点的情况下,能减小Hopf分岔产生的极限环的幅值.该结果可以为飞机前起落架系统的结构优化提供一定理论指导.

摘要:在不同梁模型中,轴向力对剪切力的贡献不同,该特性可以使用跃迁系数进行描述.本文讨论了当旋转导致轴向离心力存在时,其跃迁系数对Timoshenko梁弯曲振动的影响.首先推导了含跃迁系数的旋转Timoshenko梁弯曲振动微分方程.然后使用微分变换法(DTM)对弯曲振动微分方程进行求解,得到了系统的固有频率和振型.最后分析了跃迁系数、转速、截面形状、高跨比等参数对系统振动的影响.结果表明,跃迁系数对旋转Timoshenko梁的固有频率和振型均有影响,尤其在高转速、薄壁截面和大高跨比的情况下影响更加显著.

摘要:普遍认为,初始几何缺陷对结构非线性动力学行为具有重要影响.然而,初始几何缺陷对轴向运动圆锥壳非线性内共振行为的影响机理尚不清楚.为了回答这一问题,本文研究了具有初始几何缺陷和轴向运动的石墨烯片增强泡沫金属(GPLRMF)圆锥壳的1∶2内共振行为.首先,基于Reddy高阶剪切变形理论和vonKarman几何非线性,导出了圆锥壳的运动控制方程.然后,考虑前两阶振动模态,利用伽辽金原理对运动方程进行离散.随后,采用多尺度法进行求解,通过数值计算得到前两种振动模态下圆锥壳的内共振动力学响应曲线.最后,利用龙格-库塔法研究了在1∶2内共振条件下的运动分岔和混沌动力学行为.

摘要:因气动或结构非线性因素所引发的亚临界颤振,使得飞行器在低于线性颤振临界速度时发生极限环振荡,导致机载设备振动环境恶化、飞行控制性能下降等问题,给飞行安全造成隐患.本文针对带有俯仰刚度非线性的两自由度二元翼段,设计了基于俯仰速度反馈的亚临界颤振时滞控制器.首先,基于拉格朗日原理建立了两自由度二元翼段的非线性气动弹性数学模型,利用MATCONT数值软件获得了系统的亚临界颤振分岔特性.然后,利用多尺度法得到了带有时滞俯仰速度反馈的闭环控制系统近似解析解,通过稳定性切换理论得到了系统颤振的稳定边界,获得了亚临界颤振时滞控制器的参数范围.最后,通过不同风速下非线性气动弹性系统的闭环数值仿真,验证了所设计亚临界颤振时滞控制器的有效性.数值仿真结果表明,基于俯仰速度反馈的气动弹性时滞控制器可以将亚临界颤振转换为有益的超临界颤振,且大幅降低极限环幅值.

摘要:叶片结构在航空航天领域中应用广泛,例如飞机机翼、风力机叶片等.叶片结构通常为薄壳结构,在工作过程中极易发生低频呼吸振动,从而导致结构破坏.本文以叶片结构为研究对象,以第一阶模态频率(即呼吸振动频率)最大化为优化目标,建立叶片结构自由振动下的频率拓扑优化模型.在保持优化前后叶片结构质量不变的条件下,设计了叶片结构空腔内腹板的最优分布.采用商业软件ANSYS对优化前后的叶片结构进行模态分析,并且基于3D打印技术,对优化前后的试验件开展振动测量实验,结果表明：优化后的叶片结构前四阶模态频率均得到了显著提升,实现了对叶片结构频率调控的目的.通过提升一阶模态频率的方式解决叶片结构在工作环境中易因低频共振发生呼吸振动从而导致结构破坏的问题,为相关结构频率优化设计提供参考.

摘要:为建立准确的塔式起重机多体系统动力学模型,采用绝对节点坐标缆索单元描述起升机构钢丝绳大变形、大位移动力学行为.针对绝对节点坐标法质量阵定常而切线刚度阵时变的特点,将钢丝绳的运动过程划分为若干子区间,在每个子区间内部对动力学方程采用基于一阶泰勒展开的线性化处理,从而使得基于模态截断的降阶方法得以应用.通过运动学约束将塔机钢结构振动方程与钢丝绳大变形动力学方程整合得到整机系统多体动力学方程.给出了约束方程的线性化处理方法以及主坐标描述的系统动力学方程格式.数值算例结果表明本文提出的塔机多体系统动力学建模与降阶方法可以在保证精度的条件下有效地降低系统规模,提高仿真分析效率.

摘要:围绕一种新型多轴铰接式城市轨道交通工具——虚拟轨道列车,针对路面附着条件变化会造成轮胎制动力不足、车轮抱死和车间铰接力增大的问题,提出了一种考虑路面附着系数的列车自动紧急制动策略.首先,采用扩展卡尔曼滤波和模型预测控制原理设计了上层控制器,基于实时估计的路面附着系数、列车制动舒适性和安全性,确定列车期望制动加速度；其次,基于轴荷比例分配原则和PID反馈补偿控制原理设计了下层控制器,根据列车期望制动加速度确定列车各轮胎的制动力矩；最后,搭建了Matlab/Simulink与Trucksim联合仿真平台,研究了列车制动过程中车间铰接力变化情况.结果表明,列车载重、制动初始车速以及路面附着系数变化对车间最大铰接力有影响；本文的制动策略具有良好的鲁棒性,在不同工况下能够有效防止车轮抱死、减小最大铰接力,提高列车制动过程中的舒适性和安全性.

摘要:针对倾转旋翼动载荷抑制问题,发展了倾转旋翼/弹性机身耦合动力学计算方法,基于广义卡曼滤波方法与最优控制原理,研究了桨距高阶谐波控制(HHC,Higher Harmonic Control)在倾转旋翼减振中的应用,明确了控制流程与控制策略.以XV-15倾转旋翼机为例,开展了旋翼动载荷高阶谐波控制仿真,结果表明：在传递矩阵在线识别条件下,旋翼桨毂Ω载荷分量显著降低,降幅最大90%,最小18%.施加高阶桨距控制后,桨尖区域升力随方位角的波动幅度明显降低,表明HHC方法主要通过削减桨叶高频气动力实现旋翼减振.

摘要:通过截面尺寸参数化建立旋转转接盘有限元分析模型,以其固有频率与局部最大应力为约束条件,对转接盘进行轻量优化设计.针对优化模型设计变量多、计算成本高等特点,采用考虑空间约束条件的径向基函数代理模型拟合与全局随机优化算法相结合,获取优化设计结果.计算表明,转接盘一阶固有频率、局部最大应力拟合误差满足许用值要求,拟合模型R2值分别为0.979与0.938.不同转速下优化解的频率与应力预报值与真实值相对偏差小于10%,绝对偏差值最大分别为35.2Hz与16.2MPa,证明所采用的优化流程可有效用于转接盘设计.

摘要:随着社会老龄化的加剧,老年人防跌倒成为一项重要的研究课题.在此背景下,基于时滞系统动力学开展人体平衡研究,有助于加深对人体平衡机理的理解,为开发防跌倒辅助设备提供理论支持.本文建立了考虑足底压力反馈影响的单自由度倒立摆时滞反馈控制模型,针对足底压力反馈时滞、位移反馈时滞、速度反馈时滞为1∶2∶2的情况,讨论了系统关于位置反馈增益与速度反馈增益、时滞与足部扭转刚度以及时滞与足部反馈增益的稳定区域图,并考虑几何非线性和控制力矩饱和性的影响,以时滞为分岔参数,采用多尺度法进行了Hopf分岔分析.结果表明随着足部扭转刚度或足部反馈增益增大,临界反应时滞减小,系统出现超临界Hopf分岔.