• 2021年第19卷第1期文章目次
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    • 多体系统动力学常用积分器的算法细节

      2021, 19(1):1-26. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-098

      摘要 (196) HTML (28) PDF 1.15 M (509) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文将详细介绍大型多体系统动力学软件中常见类型的积分器的算法细节, 以单步法中的广义$\alpha$族积分器和多步法中的BDF族积分器为主要内容。每族积分器都给出了不止一套计算方案,而且其对应求解的DAE的index可以为1、2或者3。除此以外,本文还着重介绍了微分代数方程组的误差估计、变阶变步长策略等核心技术;并讨论了大型问题求解过程中的初始条件分析、Jacobian矩阵复用等重要环节的算法实现;对于BDF积分器族,文中还详细描述了高阶格式的非绝对稳定性、速度变量的误差估计等瓶颈问题的解决方案。全文以多体系统动力学软件的积分器程序实现为目标,强调在满足给定精度的条件下,如何提高计算效率和保证仿真运行的鲁棒性。另外,本文也简要介绍了在某些应用场合中有很大潜力的显式积分器族。通过分析和比较,文中还将指出各种算法的优缺点以及可能的改进方向,希望能够为研究人员提供一定的参考。由于篇幅限制,本文只列出了几个标准的算例比较,作为文中内容的补充;并给出了几种积分器性能比较的一般性结论。文中几乎所有方法都经由作者程序实现、测试和比较,并且相关算法的实现细节也都已尽量列出,可以很容易编程实现并应用到实际问题的求解中去。

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    • 基于最大Lyapunov指数的行星齿轮传动系统混沌特性分析

      2021, 19(1):27-34. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-045

      摘要 (99) HTML (33) PDF 5.44 M (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了分析行星齿轮系统的混沌特性,基于集中参数理论,考虑时变啮合刚度、齿隙和综合啮合误差等非线性因素,建立行星齿轮系统扭转振动模型。采用Runge-Kutta数值解法求解振动方程,利用分岔图和最大Lyapunov指数图分析系统随各种参数变化的分岔与混沌特性。数值仿真得出:随激励频率的增加,系统首先从周期运动进入阵发性混沌,再通过逆倍化分岔由混沌回到周期运动,之后再次通过跳跃激变和倍化分岔由周期运动进入混沌运动,最后通过逆倍化分岔稳定到1周期运动。随阻尼比的增加,系统通过逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动。随综合啮合误差幅值、齿隙和刚度幅值分别增加的三种情况下,系统都是通过倍化分岔由周期运动进入混沌运动。随载荷的增加,系统通过跳跃激变和逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动。以上分析结果可为行星齿轮系统参数设计提供理论依据。

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    • 时滞反馈与多频激励联合作用下Duffing振子的快慢动力学

      2021, 19(1):35-44. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-035

      摘要 (58) HTML (25) PDF 1.24 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了状态时滞反馈与多频混合激励联合作用下Duffing振子模型的非线性动力学。 通过讨论特征方程根的分布情况,给出了时滞系统分岔条件,得到时滞量和反馈增益的分岔曲线,揭示了系统稳态解的共存与动力学转迁方式。结合数值算例,揭示系统在不同参数条件下的快慢动力学行为。结果表明,时滞量及其反馈增益可以显著影响系统的多尺度效应,调谐多频激励幅值亦可以改变快慢变流形的动态特性,从而使得Duffing振子产生不同振荡模式下的复杂动力学行为。

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    • 雾化器转轴振动特性研究

      2021, 19(1):45-52. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-041

      摘要 (36) HTML (15) PDF 1.36 M (310) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Timoshenko梁理论并结合传递矩阵法给出了雾化器转轴的振动特性的计算方法,数值仿真验证了本文方法的有效性和高精度,讨论了转速、雾化轮质量以及陶瓷约束刚度对雾化器转轴振动特性的影响。

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    • 车辆系统的非线性行驶动力学响应

      2021, 19(1):53-60. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-048

      摘要 (56) HTML (24) PDF 1.44 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:深入研究车辆在粗糙路面行驶而激励引起的非线性振动响应,对揭示复杂动态响应机理和提升动力学性能具有重要的理论意义与工程价值。首先,本文利用运动非线性机制,建立质心上下平移和绕质心俯仰的两自由度车辆系统的力学模型,利用拉格朗日方程导出系统的非线性运动微分方程,分析自由振动系统的非线性恢复力、势能曲线特性及平衡点稳定性。其次,针对自由振动系统,分析线性近似系统的频率比随参数的变换规律,又利用谐波平衡法分析非线性近似系统的幅频曲线特性。最后,针对强迫振动系统,利用数值方法得到系统的阻尼、路面波长及波幅对幅速响应曲线的影响规律。结果表明,新型车辆模型具有复杂非线性动力学特性,为行驶车辆系统的提供参数设计和揭示振动机理提供理论参考。

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    • 隔振对象重量变化对准零刚度隔振器隔振性能的影响

      2021, 19(1):61-65. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-037

      摘要 (47) HTML (37) PDF 668.36 K (268) 评论 (0) 收藏

      摘要:主要对隔振对象重量变化对一类准零刚度隔振器隔振性能的影响进行了研究并给出了新的研究结果。文中使用欧拉屈曲梁构建负刚度调节结构并设计了隔振系统的平衡位置可调机构。假设系统有轻微的过载和超载,推导了系统的动力学方程并进行了求解,定义了非线性隔振系统的力传递率及位移传递率来评价系统的隔振性能。对线性隔振系统,超载会让隔振频率略微降低,共振放大峰略微增大。对于准零刚度隔振系统,力传递率和线性系统类似,但是对于位移传递率,过载会导致系统固有频率和共振放大峰均升高,反而不利于隔振。研究结果可以对此类隔振系统的使用场合以及对过载和轻载的选择有工程指导意义。

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    • 基于ORB-SLAM的低照度空间非合作目标的姿态估计

      2021, 19(1):66-72. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-093

      摘要 (39) HTML (25) PDF 1021.74 K (263) 评论 (0) 收藏

      摘要:相机视觉观测在空间技术中有着广阔的工程应用前景,然而太空的弱光照条件会影响相机所采集图像的质量。本文将低照度增强LIME算法与ORB-SLAM算法相结合,提出了一种弱光照条件下空间非合作目标的姿态估计方案。该方案首先运用LIME算法对图像进行增强处理,以能够从中提取出目标上足够的特征点,然后利用ORB-SLAM算法对目标的姿态进行有效估计。仿真结果表明,本文所提方案可以有效地实现弱光照情况下空间非合作目标的姿态估计。

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    • 二维三角陀螺声子晶体的波调控研究

      2021, 19(1):73-77. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-039

      摘要 (35) HTML (15) PDF 1.46 M (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了一种二维三角陀螺声子晶体.采用拉格朗日方程对结构进行建模,推导出动力学方程.通过调节陀螺转速,可以控制结构的色散关系,并获得较大的带隙,从而可以将其用来进行振动控制和噪声抑制.从色散曲面等频截线发现波在结构中的传播方向会随频率变化,在低频时各向同等传播,高频时则出现六个集中的传播方向.通过数值计算验证了理论获得的带隙的准确性.

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    • 二阶多智能体系统的线性广义一致性

      2021, 19(1):78-84. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-044

      摘要 (36) HTML (12) PDF 5.54 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:首次针对二阶多智能体系统提出广义一致性的概念,然后探讨有向网络拓扑结构下的二阶多智能体系统的线性广义一致性问题.通过设计有效的控制协议,使用代数图论和稳定性理论,推导获得二阶的多智能体系统以及带有通信延迟的二阶系统实现线性广义一致性的充分且必要条件.结果表明,在有向网络中,耦合增益参数和拉普拉斯矩阵的特征值对达到广义一致起着关键作用.最后,数值仿真验证了结果的正确性.

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    • 相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

      2021, 19(1):85-93. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-043

      摘要 (42) HTML (19) PDF 909.17 K (269) 评论 (0) 收藏

      摘要:齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性。以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同。论文从转子动力学角度研究齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据。

    • 微结构固体中孤立波的动力学稳定性

      2021, 19(1):94-100. DOI: 10.6052/1672-6553-2020-055

      摘要 (42) HTML (14) PDF 2.41 M (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:描述微结构固体中波传播的一种KdV类方程作为控制方程并利用积分因子方法,对微结构固体中传播的孤立波的动力学稳定性进行了数值模拟研究。主要以高斯波、Ricker子波以及双曲正割波作为初始扰动,考察了不同小扰动下孤立波能否较长时间保持波形结构和传播速度而稳定传播问题。模拟结果表明,不同的小扰动对孤立波的影响不同,孤立波的稳定传播与扰动幅度和宽度都有关系,只有受到幅度和宽度都非常小的扰动下在微结构固体中传播的孤立波才能显现出一定程度的抗干扰性和动力学稳定性,可在微结构固体中较长时间稳定传播。

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