• 2022年第20卷第5期文章目次
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    • 大型挤压油膜阻尼器非线性动力学分析与优化研究进展

      2022, 20(5):1-19. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-057

      摘要 (531) HTML (0) PDF 2.99 M (380) 评论 (0) 收藏

      摘要:挤压油膜阻尼器(Squeeze Film Dampers,SFDs)是旋转机械中常用的一类支承阻尼结构装置,能够改善转子系统的动力特性.当前工程实际中已经大量使用的两类不同结构形式的挤压油膜阻尼器,仍然存在着减振效果不稳定甚至会导致转子失稳,以及阻尼器动力学机制不清楚、建模和分析精度差、设计方法欠缺等理论技术难题.本文首先介绍两类典型SFD的结构形式和主要失效模式,然后详细叙述SFD动力学分析与优化设计方法在发展过程中的代表性研究成果,涉及SFD动力学特性、转子SFD系统动力学特性研究、SFD动力学设计与优化等几个方面的研究,并对SFD的试验测试技术方面的成果进行评述.在此基础上,探讨目前先进航空发动机用大型挤压油膜阻尼器亟须开展的基础研究任务,特别强调了数据驱动与动力学解析模型融合的SFD动力学建模、分析与设计优化的发展方向.

    • 本征正交分解在数据处理中的应用及展望

      2022, 20(5):20-33. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-061

      摘要 (541) HTML (0) PDF 621.13 K (370) 评论 (0) 收藏

      摘要:本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)是对高维复杂非线性系统进行降维处理的有效方法之一.本文对POD方法在一系列实际工程领域降维中的研究进行了综述.首先简要介绍POD方法的发展历史,简述POD方法分类,随后详细列举POD方法在粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术、计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数据处理中的应用.对比了POD方法和动态模态分解(Dynamic Mode Decomposition, DMD)方法在实际工程应用中各自的优缺点,结果表明在流场稳定脉动时可采用DMD方法,而其他随时间变化的流场采用POD方法更合适.最后对POD方法的发展尤其是在人工智能领域的应用做出展望.

    • 海上横向补给系统多体动力学建模与仿真分析

      2022, 20(5):34-40. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-079

      摘要 (417) HTML (0) PDF 1.24 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上横向补给是目前舰船补给的主要方式,通过接收船与发送船之间架设的恒张力高架索进行货物转运.本文利用多体动力学理论建立了海上横向补给系统的动力学模型.该系统由舰船、货物、滑轮以及高架索组成,对舰船、货物和滑轮采用刚体假设,对高架索采用几何精确梁理论进行建模.基于赫兹理论建立了滑轮与高架索之间的接触模型.为提升计算效率,针对恒张力索的特点提出了一种简化的力元模型,并通过与精确模型的对比验证了该简化模型的准确性.利用简化模型,对复杂海况下的补给作业进行了全过程动力学仿真,分析了船舶运动、补给距离、张紧力对转运过程的影响.结果表明在海况条件恶劣、补给距离长、张紧力过小时,无法保证转运过程安全作业.

    • 基于迭代学习策略的高速机车二系横向主动控制

      2022, 20(5):41-48. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-082

      摘要 (375) HTML (0) PDF 1.48 M (281) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现机车横向平稳性控制,针对机车在固定线路区间往复开行的特点,利用迭代学习策略实现二系悬挂主动控制.以某型高速机车为研究对象,选用一种PD型闭环迭代学习控制器,并通过多目标优化方法编程实现不同轮轨接触状态下车体横向平稳性主动控制参数的自适应调整.基于虚拟激励法,计算该机车线性模型在二系横向悬挂主动控制下的频域平稳性指标,相对于时域仿真计算该方法的计算速度具有明显优势.结果表明:迭代控制参数经5次迭代优化后,车体横向平稳性可快速收敛到稳定值;相较于控制参数固定时,自适应方法能够自动适应机车轮轨接触状态和线路状态且横向性能得到明显改善.此外,考虑到控制系统时滞,该方法在一定时滞范围内仍具有良好控制效果,研究还指出系统时滞应控制在100 ms以内,以防止机车横向动力学性能恶化.

    • 轴向运动三阶剪切变形板自由振动的有限元模型及应用

      2022, 20(5):49-58. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-003

      摘要 (401) HTML (0) PDF 2.15 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用三阶剪切变形理论,通过虚功原理建立轴向运动板的有限元方程,利用一种包含节点挠度及其斜率和截面转角的四节点四边形单元离散求解域,随后将离散式弹簧支承这一约束首次通过系统势能的形式引入系统有限元方程中.在算例应用部分,首先考虑不同边界条件以及不同支承刚度,与ANSYS计算结果进行对比,证明方法的有效性.接着在两种边界条件下针对轴向运动薄板分别研究运动速度和弹簧刚度与系统复频率实部和虚部的关系,结果显示高速易使板失稳,而高弹簧刚度会提高系统的振动频率.最后,给出板厚与系统复频率的关系,揭示了板厚对轴向运动三阶剪切变形板稳定性的影响.

    • 飞行器空气舵系统的高效刚度分配优化方法研究

      2022, 20(5):59-65. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-009

      摘要 (121) HTML (1) PDF 1.64 M (289) 评论 (0) 收藏

      摘要:空气舵系统是飞行器典型操纵部件,其伺服作动器、连杆、摇臂、舵轴和舵面等子结构对空气舵系统的整体刚度有着不同程度的贡献,合理分配各子结构的刚度,可使空气舵系统的整体刚度得到进一步优化.本文提出了一种基于多体系统传递矩阵法和遗传算法相结合的空气舵系统高效刚度分配优化方法.首先,基于多体系统传递矩阵法建立了以结构尺寸和材料属性为参数的高效结构动力学计算模型,仿真结果表明,基于该计算模型所预测的空气舵第一阶俯仰模态固有频率与商业软件计算结果的误差仅为1.06%.其次,基于本文建立的高效结构动力学计算模型对各子结构刚度对空气舵系统动力学特性的贡献进行了灵敏度分析,给出了各部件对系统固有频率贡献的规律.最后,采取将遗传算法和多体系统传递矩阵法相结合的思路,以所建立的空气舵高效结构动力学模型为适应度函数,各子部件尺寸作为待优化变量,空气舵系统整体质量为约束条件,对空气舵系统各个子结构的刚度分配进行了优化.优化结果表明,在保持空气舵系统整体重量不变的条件下,可将空气舵系统第一阶俯仰模态固有频率提高约15.8%.

    • 桩柱周期分布的平板中SH波的传播特性分析及其在聚焦透镜设计中的应用研究

      2022, 20(5):66-75. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-005

      摘要 (269) HTML (2) PDF 16.94 M (291) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文首先建立求解水平剪切波(即SH波)在桩柱周期分布的板中传播的理论模型,计算其带隙结构,并与有限元仿真的结果进行对比,验证该理论模型的准确性.在此基础上,应用此模型研究桩柱高度对最低阶水平剪切波(即SH0)的影响,发现随着桩柱高度的增加,SH0的相速度降低.基于桩柱高度与相速度的敏感特性,设计了一款可实现SH0聚焦的透镜,并进行相关的仿真分析,研究该透镜的适用范围和聚焦效果.研究结果表明,该透镜聚焦位置准确,聚焦能量高,且在不改变结构的情况下在一定频率范围内均可实现聚焦功能,从而为能量收集、超声医学、无损检测、吸声降噪等应用提供新的思路.

    • 混合振荡神经元网络中反相干共振向相干共振的转迁

      2022, 20(5):76-86. DOI: 10.6052/1672-6553-2022-007

      摘要 (408) HTML (9) PDF 3.19 M (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:混合振荡和相干共振广泛存在于生物神经系统,且与某些生理功能有密切联系.本文采用能产生混合振荡的改进FitzHugh–Nagumo神经元模型构建电耦合神经元网络模型.在确定性的网络模型中,发现耦合强度的增大不仅能使得神经元的放电达到完全同步,还能使得放电模式从混合振荡变为周期1峰放电.引入高斯白噪声后,发现当耦合强度在较大范围内时,随着噪声强度的增大,放电峰峰间期的变差系数先增大后减小再增大,即出现反相干共振向相干共振的转迁.该结果不仅扩展了神经元网络的复杂随机动力学,还揭示了混合振荡的潜在功能.

    • 螺栓位置优化设计方法研究

      2022, 20(5):87-96. DOI: 10.6052/1672-6553-2021-083

      摘要 (488) HTML (0) PDF 3.77 M (285) 评论 (0) 收藏

      摘要:螺栓连接是机械结构中的重要连接形式之一.合理的螺栓位置分布可以有效降低螺栓载荷,然而目前还缺乏相关的优化设计方法.本文提出了一种适合于复杂结构螺栓位置优化的方法.在该方法中,首先将打孔区域进行离散化,得到设计区域边界上的节点坐标,然后用极坐标表示.螺栓位置用极径和极角表示,设计变量由各螺栓的极径和极角组成,约束条件由设计区域边界的极径和极角确定,设计目标由设计人员确定.本文采用的设计目标是使螺栓载荷的方差最小.之后,在设计空间中进行参数化采样和批量仿真生成数据集,构建代理模型,采用蜘蛛猴优化算法进行螺栓打孔位置优化求解.最后,利用本文提出的优化方法,编写了程序,并给出了相应的算例.结果表明,所提出方法可以有效地对螺栓位置进行优化.

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