• 2022年第20卷第1期文章目次
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    • 幂律Hamilton方程及其在非线性动力学中的应用

      2022, 20(1):1-7. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-045

      摘要 (170) HTML (44) PDF 623.04 K (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对幂律Hamilton作用量应用等时变分法,得到了一种非标准形式的Hamilton方程,这类方程被称之为为幂律Hamilton方程.此方程是用来描述一类特殊动力学系统的运动方程.幂律Hamilton方程中有一个可控参数,通过调整的取值改变物体的运动或动力学系统的轨迹.算例结果表明,幂律Hamilton系统具有不同于标准Hamilton方程的特性,并对其附加特性进行了详细的讨论.

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    • 多刚体动力学仿真的李群变分积分算法

      2022, 20(1):8-17. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-021

      摘要 (156) HTML (36) PDF 1.95 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:刚体的构形可用其质心位置和姿态矩阵描述.刚体的位置可以在欧几里得空间中表示,但是其姿态矩阵是在李群上演化的.由于李群独特的非线性性质,基于欧氏空间的多体动力学建模与数值算法难以完全真实地描述系统的动力学特性,特别是长时间历程的动力学特性.本文基于几何力学理论,首先根据离散Hamilton变分原理与离散Legendre变换,建立了多刚体系统的Hamilton体系李群变分积分公式.其次,给出李群变分积分公式的两种离散格式:一般离散格式和RATTLie离散格式.最后,采用这两种不同离散格式构建的算法计算了重力作用下空间刚体双摆的动力学问题,对比研究了算法在保持系统群结构、系统能量等方面的性质.计算结果表明,RATTLie离散格式较一般格式精度更高,且能更好地保持系统群结构与能量.

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    • 保守系统中非线性耦合振子间的能量传递

      2022, 20(1):18-27. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-028

      摘要 (110) HTML (47) PDF 910.54 K (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用复变量-平均法建立了非线性耦合振子内在保守系统的慢变动力学方程,推导出了两振子间能量完全传递的表达式,从而得出了完全能量传递时非线性振子的临界质量和系统初始能量需满足的关系.最后进行数值仿真并得到以下结论:系统两振子进入能量传递的暂态时间与振子的质量有关,当质量比大于等于0.0557时,两振子可不经过暂态而直接发生能量交换;NES质量越小,两振子能量交换的时间越长,当NES质量过小时,适当提高非线性耦合振子的初始能量可实现能量高效传递;非线性耦合振子系统的刚度会影响能量传递的暂态而对能量交换时间影响不大;非线性耦合振子初始能量的形式会影响系统的能量传递,势能比动能更容易引发系统能量传递.

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    • 时滞速度反馈对一类双边电容型微谐振器系统复杂动力学行为的控制

      2022, 20(1):28-34. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-023

      摘要 (85) HTML (28) PDF 673.09 K (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文考虑一类双边电容型微谐振器,提出在系统直流偏置电压上施加时滞速度反馈实施控制其复杂动力学行为.通过引入新变量解析表达同异宿轨道,在此基础上研究时滞反馈抑制该系统全局分岔的机理及其控制效果.发现时滞速度反馈对控制微结构吸合不稳定非常有效,却并不适用于控制混沌.本文研究在提高静电驱动微机械振动系统的动完整性上具有潜在的应用价值.

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    • 双层主动隔振系统优化设计方法研究

      2022, 20(1):35-41. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-033

      摘要 (108) HTML (31) PDF 1.40 M (240) 评论 (0) 收藏

      摘要:在主动隔振系统中,执行机构输出的主动控制力与系统隔振性能密切联系.为研究上述问题,本文通过建立优化目标函数对双层主动隔振系统进行优化来获得最优系统参数,分析优化前后双层主动隔振系统的隔振性能及主动控制力,验证优化方法的可性行.首先,从理论上研究了双层主动隔振系统在不同激励条件下的隔振性能,并分析了系统参数对主动控制力输出的影响.其次,建立综合性的优化目标评价系统的隔振性能,利用遗传算法优化目标函数.最后,利用模糊PID控制算法对双层主动隔振系统进行主动控制,对比优化前后的隔振性能及主动控制力,其结果表明:优化后,隔振对象的位移,与中间层的相对位移及主动控制力分别减小了32.7%,67.5%,55.4%.因此,双层主动隔振系统的优化设计方法是可行的.

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    • 石墨烯增强复合材料悬臂板的气动颤振分析及振动抑制研究

      2022, 20(1):42-50. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-030

      摘要 (95) HTML (29) PDF 771.05 K (244) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对石墨烯增强复合材料悬臂板的气动颤振特性及振动控制问题开展了研究.利用Halpin-Tsai及混合率计算了石墨烯增强复合材料的等效材料参数,运用经典板理论、第二类压电方程和Hamilton原理得到了结构的运动控制方程.通过Rayleigh-Ritz法计算了石墨烯增强复合材料悬臂板的固有频率,探究了X-GPLs,U-GPLs和O-GPLs三种不同石墨烯分布类型以及不同石墨烯增强体质量分数对结构固有频率及无量纲临界颤振气动压力的影响.同时,通过加速度反馈控制和位移反馈控制对结构气动颤振的控制效果进行了分析.数值模拟的结果表明:随着石墨烯增强体质量分数的增加,石墨烯增强复合材料板的固有频率和无量纲颤振气动压力增加,X-GPLs分布对结构刚度和气动稳定性的提升效果优于U-GPLs分布和O-GPLs分布.加速度反馈控制和位移反馈控制都可以有效地抑制结构的气动颤振,提高结构的气动稳定性.

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    • 考虑转动副特性的发动机静叶调节机构动态性能分析

      2022, 20(1):51-59. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-036

      摘要 (65) HTML (42) PDF 1.55 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:发动机静叶调节机构空间运动复杂,前人的研究并未涉及整机的动力学方程,运动副特性及驱动方式对调节机构动态性能的影响尚不明晰.本文通过将第一类拉格朗日方程与改进的接触模型和LuGre摩擦模型相结合,建立了考虑转动副间隙和摩擦特性的静叶调节机构动力学模型,并探究驱动方式对调节机构动态性能的影响.针对做空间转动的连杆的质量矩阵随时间不断变化这一问题,本文给出详细推导公式.将数值模拟结果与Adams仿真进行了比较,验证结果的正确性.通过对比匀速驱动、简谐驱动及梯形驱动方式表明,简谐驱动有助于减小运动过程中的阻滞力,提高摇臂的动态稳定性,分析驱动方式对间隙运动副耗能的影响后发现简谐驱动更节能.此外,考虑摩擦后,各驱动方式的阻滞力增幅明显,摩擦会加剧阻滞力.

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    • 不同情绪状态下脑网络的信息流向研究

      2022, 20(1):60-67. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-026

      摘要 (67) HTML (33) PDF 1.02 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:脑功能网络的信息流向能反映不同脑区之间的因果关系,通过研究不同情绪状态下脑区间的因果关系,不仅对揭示情绪产生的机理至关重要,而且可以对情绪的产生进行有效的分析、识别和监控.在人工智能领域,有效的情绪识别将直接影响人机交互过程.本研究使用DEAP情绪数据集,基于传递熵的方法构建有向功能网络,探讨了在不同情绪状态下信息流的流向及强弱变化规律,以及不同脑区间存在的信息传递相互影响模式.研究发现,不同的情绪状态下各脑区的信息流量强度不同,唤醒度越高,信息流强度越大.信息流向和脑区各节点局部连接方式也存在显著差异.同时,进一步证明唤醒度和效价两个情绪维度上存在相互依赖性.该研究为情绪识别提供了重要的参考指标和研究思路.

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    • 基于二次波的增材制造平板缺陷无损检测方法研究

      2022, 20(1):68-77. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-029

      摘要 (56) HTML (49) PDF 1.19 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:在航天航空领域,增材制造板状结构因其优异特性而得到广泛应用.但是增材制造结构件在制造或者使用过程中极有可能会产生不同类型的缺陷,从而造成安全隐患.本文基于兰姆波在平板中具有多个路径的传播形式,提出了一种利用二次到达波的缺陷无损检测方法,并应用于增材制造平板的缺陷定位.首先,根据兰姆波的频散特性确定激励信号的中心频率和模式.设计兰姆波在板中的多种传播路径,通过预先设置的压电片传感器接收二次到达波.通过波速和消耗时间来计算从传感器到缺陷的距离,以传感器为中心、以测得的传感器到缺陷的距离为半径做圆,进而利用两圆交点定位缺陷.本文使用增材制造聚乳酸(PLA)板进行数值仿真和实验,以验证该方法的有效性,结果表明本方法可快速简捷地对直径为1mm的通孔进行缺陷定位.研究工作对增材制造结构缺陷检测具有参考意义.

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    • 基于视觉延时补偿的无人机室内实时导航系统

      2022, 20(1):78-84. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-041

      摘要 (67) HTML (24) PDF 1.35 M (227) 评论 (0) 收藏

      摘要:在无人机视觉辅助惯性导航系统中,不确定延时的图像数据在无人机室内导航中是无法满足与其他传感器同步要求的,因此准确估计视觉传感器与惯性测量单元(IMU)之间的相对延时是非常重要的.本文提出了一种可以有效估计图像延时的方法,并根据延时进行视觉数据的延时补偿,最后利用扩展卡尔曼滤波(EKF)实现IMU数据与视觉数据的融合,从而估计出无人机的实时位姿和速度.通过软件仿真和在无人机平台上的实验验证结果表明,该方法能准确地估计延时,使室内实时导航的定位性能得到明显改善.

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    • 空间可展薄膜平面结构的动力学建模及在轨参数辨识研究

      2022, 20(1):85-90. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-037

      摘要 (110) HTML (28) PDF 900.39 K (216) 评论 (0) 收藏

      摘要:大尺度薄膜结构平面天线由于轻质、超柔特点,其动力学性能参数较为复杂.为掌握其在轨结构动力学特性,基于温度-结构预应力导入方法建立了大型空间可展薄膜结构的动力学模型,分析了可展薄膜结构的动力学特性.通过建立的动力学模型,采用特征系统实现算法(ERA)对薄膜结构平面天线的模态参数在轨辨识进行研究.辨识结果与仿真分析结果对比表明,ERA方法可以有效辨识薄膜结构平面天线的低阶固有模态,为其工程化实施奠定了理论研究基础.

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    • Cassini贮箱防晃设计

      2022, 20(1):91-96. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-031

      摘要 (81) HTML (31) PDF 3.11 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:液体晃动会对飞行器动力学和控制系统造成影响,为了降低液体晃动带来的负面影响,本文从被动控制角度出发,对常见的Cassini贮箱提出几种防晃设计方案,并探索不同因素对贮箱防晃性能的影响.通过Flow3d商业流体软件对比分析环形挡板贮箱、扇叶挡板贮箱、环形浮板贮箱的性能后,给出了一种挡浮板复合结构贮箱,并通过对比验证了这种思路的可行性.

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