摘要:结构动力学建模是运载火箭研制过程中载荷设计、力学环境预示、姿态稳定控制、POGO振动抑制的关键技术工作.综述分析了火箭工程研制需求牵引下,结构动力学建模技术随着数字计算技术的提升,经历了集中质量梁模型、梁壳混合模型、三维精细化建模的发展历程,以及实际工程应用和模态试验的开展情况.结合数值计算技术发展,以及运载火箭迭代发展路径,从液固耦合高效计算技术、多学科动力学分析技术、动力学分析孪生技术和基于人工智能的运载火箭动力学分析技术等方面分析了运载火箭总体设计发展和工程应用的趋势,为未来火箭总体设计提供指导和参考.

摘要:输流管道具有重要的工程价值.工程管道往往会受到各种因素影响而产生振动.振动幅值过大会对管道本身以及支撑带来损害,即使是小幅振动也会带来累积性的损伤.因此如何减弱输流管道的振动成了一个亟须研究的课题.非线性能量汇(nonlinear energy sink, NES)胞元作为一种新型的减振概念被应用于本文中管道的减振.本文采用广义哈密顿原理,基于Timoshenko梁模型建立输流管道与NES胞元减振系统的耦合振动控制方程,使用复模态法求解系统的固有频率.系统的响应由谐波平衡法和数值方法求解,研究了不同NES胞元数量以及不同安装方式对振动抑制效率的影响,研究发现外激励在特定频率附近时,单点集中式分布拥有更出色的减振性能,而多点集中式和均匀平铺式分布对于宽频激励有更好的减振效果.

摘要:为了研究结构几何非线性对柔性悬索桥人致振动的影响情况,以某柔性人行悬索桥为工程背景建立其非线性有限元模型,并基于实测结果进行验证；据此开展悬索桥考虑几何非线性的非线性振动瞬态分析,得到了不同主缆垂跨比和激励幅值影响下的结构位移响应时程和时频、以及响应—激励幅值曲线.结果表明,在低阶竖向模态的单频激励会引起1∶2和1∶3的高阶频率振动；当竖向和横向自振频率比接近2∶1时,一定水平的主梁竖向激励会引起结构的横向晃动；增大主缆垂跨比能有效抑制竖向和侧向耦合振动的发生；随着竖向激励水平的提高,晃动幅值会在某个临界激励处突发性跳跃和显著增大；在行人强迫激励下柔性悬索桥表现出了显著的几何非线性振动特性.

摘要:针对跨度范围内浮体交替支撑的新型多节段浮桥,建立了可同时考虑连接铰刚度和浮体支撑刚度作用的动力响应理论模型.模型中,浮桥节段视为Euler-Bernoulli梁,两端为铰支,浮体与静水的作用等效为沿梁长分布的弹性支撑,相邻节段间通过具有转动刚度的铰连接.研究了结构自振特性及移动车辆荷载响应与上述两个刚度参数之间的关系.结果表明：该方法可获取浮体支撑刚度及连接铰转动刚度的响应敏感区间；随着转动刚度的增加,节段连接由铰接向刚性过渡,模态中铰接处两端相对转角由“尖角”突变形式向平滑形式转变；当转动刚度较小时,连接处存在竖向位移极值和转角突变,而增至特定值后结构位移、内力包络图趋于平稳.

摘要:针对多单元仿蠕虫机器人驱动优化问题,本文提出了一种基于强化学习的智能配置方法.首先建立多单元仿蠕虫机器人的动力学模型,并将驱动排布问题形式化为马尔可夫决策过程.通过设计多重离散动作空间,显著降低了计算成本.提出融合运动速度和能耗约束的奖励函数,有效平衡了探索与开发矛盾.针对驱动器受限条件,提出的动作掩蔽机制实现了硬性约束下的高效策略搜索.研究发现：(1)全驱动时中部对称激活最优；(2)约束条件下呈现"后部优先、向心聚集"的排布规律.

摘要:冗余机械臂逆运动学求解需要规避关节极限,以确保解符合机械臂的实际物理限制.当前基于微分运动学的求解方法通常仅考虑局部瞬时状态,无法保证关节在连续运动过程中始终远离物理极限.为解决此问题,本文提出了一种基于模型预测的冗余机械臂逆运动学求解方法.通过结合雅可比矩阵零空间的参数化形式,有效地考虑了系统运动状态及约束的未来演变.针对关节物理限制,设计了约束条件与优化目标,进而将逆运动学求解转化为约束优化问题,充分利用冗余自由度实现关节极限规避.此外,为确保优化问题的可行性,采用任务缩放方法对末端速度违反约束的情况进行处理.基于七自由度冗余机械臂的仿真实验结果表明,相较于基准方法,所提方法能够预测并规避潜在的关节极限违反,同时准确跟踪末端目标轨迹.

摘要:桨尖间距是影响共轴刚性旋翼直升机飞行安全的重要因素之一,为准确分析共轴刚性旋翼前飞过程中的桨尖间距变化规律,本文基于15自由度中等变形梁和自由尾迹模型建立了共轴刚性旋翼/机体耦合气动弹性模型.与XH-59A的旋翼固有特性试验结果进行对比,计算误差小于5%,并完成前飞状态下的桨尖间距计算验证,充分验证了共轴刚性旋翼桨尖间距计算方法的准确性.本文进一步分析了前飞状态下横向差动控制、机身俯仰角、侧滑角等因素对桨尖间距的影响规律,研究表明在共轴刚性旋翼直升机的前飞过程中,横向差动控制可以有效控制旋翼的滚转弯矩,是前飞过程中保证桨尖间距安全的有效手段；前飞过程中机身俯仰角减小会带来更为严苛的桨尖间距；前飞过程中侧滑角增大会影响旋翼的升力偏置,进而减小桨尖间距.

摘要:中低频噪声通过传递振动至舱体将噪声辐射至舱内,针对加强筋薄板的振动及噪声优化问题,提出了通过优化薄板上加强筋布局来提高其减振降噪效果的方法.本文以四边固支的加强筋薄板为研究对象,基于拓扑优化变密度法,对加强筋薄板的一阶模态频率进行优化.在保持优化前后加强筋薄板质量不变的条件下,设计了薄板上加强筋的最优分布,并对优化前后的加筋薄板进行模态、刚度、隔声量分析.结果表明：优化后的加强筋薄板在未明显降低总体刚度的情况下,提升了其一阶模态频率,并提升了加强筋薄板在一定频率范围内的隔声量.

摘要:依托于山西临猗黄河大桥工程,针对钢-混组合梁顶推施工期超长钢导梁风致振动与控制问题开展了试验研究.首先,采用有限元方法进行了主桥结构动力特性分析；然后,设计制作了主桥与钢导梁气弹模型,并在紊流场条件下进行了风洞试验测试,探究了不同风偏角下钢导梁抖振响应特性；最后,结合大桥实际情况,提出了采用固定于桥墩中央处的倾斜抗风索措施以抑制钢导梁风致振动.结果表明：在设计基准风速下,顶推钢导梁悬臂端竖向、侧向位移均方差分别为0.10 m和0.04 m；在30°风偏角范围内,钢导梁振动响应基本相当,当风偏角大于30°时,钢导梁振动响应则明显减小；倾斜抗风索可使钢导梁悬臂端竖向振动幅度减小50%.

摘要:随着智能驾驶技术的不断发展,对高精度的车辆状态信息的需求日渐迫切.道路坡度是车辆行驶的关键参数,对车辆的动力学控制有着重要影响.高精度低延迟的道路坡度估算是精确控制的前提,可以有效提升车辆的智能化水平.自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)是道路坡度估计的常用算法,但其在有着不同噪声条件的复杂工况中存在一定的局限性.本文提出了一种改进的自适应扩展卡尔曼滤波算法,通过动态噪声缩放因子的设置,提高了复杂工况中道路坡度的估算精度.通过双移线工况和稳态绕圆工况的仿真测试,验证了本文方法的有效性,实现了均方根误差RMSE在2°以内的道路坡度估算精度.

摘要:工业机器人机械臂末端精确跟踪焊接路径过程中,存在关节摩擦(干扰)和通信时滞.为解决这类问题,研究一维不稳定热方程的性能输出跟踪问题,该模型含有外部未知干扰且输入端具有时滞现象.根据一阶传输方程的性质,可以将控制系统建模为热方程与传输方程构成的级联系统,传输方程可以看作是热方程系统的执行动态.系统中存在非同位结构,通过构造合适的辅助系统解决非同位结构带来的困难,通过执行动态补偿方法解决级联系统的控制问题.构造基于误差的观测器以同时估计外部干扰和系统状态,并成功设计全状态反馈律以实现系统的性能输出跟踪.最后证明设计的观测器具有适定性,构成的闭环系统具有指数稳定性.