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    2021,19(1):1-26, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-098
    [摘要] (107) [HTML] (11) [PDF 1.15 M] (213)
    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。
    2021,19(1):27-34, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-045
    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。
    2021,19(1):35-44, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-035
    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。
    2021,19(1):45-52, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-041
    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。
    2021,19(1):53-60, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-048
    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。
    2021,19(1):61-65, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-037
    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。
    2021,19(1):66-72, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-093
    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。
    2021,19(1):73-77, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-039
    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.
    2021,19(1):78-84, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-044
    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.
    2021,19(1):85-93, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-043
    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。
    2021,19(1):94-100, DOI: 10.6052/1672-6553-2020-055
    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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    2015,13(5):361-366, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-064
    [摘要] (508) [HTML] (0) [PDF 826.19 K] (3347)
    摘要:
    动力学和控制系统中往往包含有不确定性参数,为此提出了一种基于随机响应面的不确定性参数灵敏度分析方法,以量化参数不确定性对响应变异性的影响.文中首先利用随机响应面建立不确定性参数和响应之间的表达式,然后通过求偏导方式推导参数的灵敏度系数,该系数综合反映了参数均值和标准差的影响.最后通过一根包含几何、材料不确定参数的数值梁来验证所提出方法,并与方差分析法结果进行了比较.
    2014,12(1):18-23, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-068
    [摘要] (1956) [HTML] (0) [PDF 1.13 M] (3338)
    摘要:
    以单晶悬臂梁压电发电装置为研究对象,在考虑压电材料非线性的情况下,利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、Euler-Bernoulli梁理论及压电元件恒定电场假设建立了悬臂梁压电发电装置的分布式机电耦合模型,通过数值计算分析谐振频率附近解的特性与系统参数及初始条件的关系,揭示了压电材料非线性、外激励参数对系统响应的影响规律,并通过实验验证了解析解的正确性.结果表明,压电材料的非线性特性会导致近似解的共振峰向左偏移,呈现软特性的非线性特征;当激励频率变化时,系统响应存在多解、跳跃等现象,主共振解的真正实现与初始条件的选取有关.
    2014,12(3):193-200, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-046
    [摘要] (1919) [HTML] (0) [PDF 748.46 K] (3333)
    摘要:
    航天器对恶劣动力学环境的适应能力直接关系到整个航天飞行任务的成败,振动试验控制技术是动力学环境试验的关键环节.本文分析了近年来国内外航天器振动试验设备和振动控制算法的研发动态、基本原理和关键技术达到的水平.提出了跟踪研究的基本思路,途径及建议.
    2017,15(5):385-405, DOI: 10.6052/1672-6553-2017-039
    [摘要] (1029) [HTML] (0) [PDF 1.91 M] (3158)
    摘要:
    首先回顾多体系统动力学的学科发展和学术交流情况,然后系统概述了多柔体系统动力学方程数值算法、多柔体系统接触/碰撞动力学与柔性空间结构展开动力学三个方面的研究进展及值得关注的若干问题,最后给出了开展多柔体系统动力学研究的若干建议.
    2014,12(3):243-247, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-054
    [摘要] (1685) [HTML] (0) [PDF 1.07 M] (3102)
    摘要:
    随机振动试验中存在的加速度功率谱密度带外超差问题对普遍采用的随机振动试验非常重要,本文分析了功率谱密度带外超差出现的原因、征兆、对试验产生的影响以及采取的解决措施,并且分析了常用随机振动试验和振动试验计量检定标准中对功率谱密度带外超差的规范要求.
    2014,12(3):269-273, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-043
    [摘要] (2309) [HTML] (0) [PDF 336.30 K] (2941)
    摘要:
    针对工程中需要从火箭结构系统的整体模态中识别纵向模态,根据模态有效质量理论,提出了一种识别火箭结构系统纵向模态的自动辨识方法.以具有集中质量系统的振动特性作为算例,通过有限元软件,建立了具有集中质量系统的梁模型,利用自动辨识的方法,自动辨识出系统的纵向模态,并与应用模态分析法所计算的系统模态信息相比较,这种自动辨识方法不仅能准确的辨识出振动系统的纵向模态, 而且还具有自动高效的识别特点.为准确快速建立液体火箭POGO振动系统的动力学模型等工程系统的模型提供理论依据.
    2014,12(3):225-229, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-051
    [摘要] (1451) [HTML] (0) [PDF 1.38 M] (2868)
    摘要:
    基于ANSYS软件和CFX软件的双向隐式交错迭代法对超空泡射弹尾拍运动过程中的流固耦合响应进行了研究,结构响应仿真采用有限元法、流场仿真采用分相流模型和SST湍流模型,重点比较分析了流固耦合作用对射弹运动姿态和流体动力的影响,给出了尾拍过程中弹体应力的变化规律.
    2012,10(1):21-26, DOI:
    [摘要] (418) [HTML] (0) [PDF 567.09 K] (2783)
    摘要:
    建立连续绳系卫星系统的离散的可变自由度有限维动力学模型,描述其长时间空间大范围运动.绳系卫星系统为复杂的非线性动力学系统.考虑了系绳的黏弹性、分布质量和空间位形,使得建立的改进珠式模型能够细致地描述系绳的纵横向振动.根据绳索只能受拉而不能抗压的特性引入了系绳单元的松弛模型,准确反映系绳真实受力情况.研究了系统自由度改变的实现方法,通过数值积分计算得到了绳系卫星系统释放、收拢和保持阶段的长时间历程的动力学响应,计算结果是收敛的.仿真结果印证了稳定平衡位置在绳系系统动力学中的重要特性.
    2008,6(4):301-306, DOI:
    摘要:
    研究了一阶时滞微分方程的状态反馈P控制、PI控制问题,目的是确定反馈增益的范围使得系统的平衡态是渐近稳定的. 对P控制状态反馈控制模型,利用Lambert W函数的主分支给出了确定反馈增益的显式判据以及系统的最优反馈增益; 在PI状态反馈控制模型中,运用稳定性切换原理并结合D-划分法确定了在反馈增益平面上系统的稳定性区域,并利用Lambert W函数采用数值方法给出了系统的最优增益曲线. 和现有方法相比较,本文方法更直观、 计算更简单.
    2016,14(2):97-108, DOI: 10.6052/1672-6553-2015-009
    [摘要] (1232) [HTML] (0) [PDF 1.87 M] (2417)
    摘要:
    本文结合多智能体系统控制理论与技术的研究现状,以地面无人系统为控制对象,对理论及其技术发展作了详细概述.从多智能体的行为协同控制和任务协同控制两个侧面讨论了相关的理论及应用问题,并指出当前协同控制研究中存在的一些问题以及今后的发展方向.地面无人系统的协同控制对于有效提升社会及军事效益,最大限度地发挥地面任务执行的效能具有重要意义.
    2013,11(1):12-19, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-003
    [摘要] (1347) [HTML] (0) [PDF 530.95 K] (2367)
    摘要:
    航空发动机整机振动历来是发动机研发设计中不可忽视的重要部分,而机匣作为发动机的骨架,它的振动直接反映了发动机整机振动的水平.本文分析了航空发动机机匣动力学问题及故障分类,综述了机匣动力学的国内外发展现状与趋势、问题及解决的办法,并阐述了航空发动机机匣包容性问题的发展现状,最后提出了适合我国航空发动机技术水平的机匣发展设想.
    2013,11(4):357-362, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-041
    [摘要] (542) [HTML] (0) [PDF 350.50 K] (2364)
    摘要:
    目前汽车发动机动力总成悬置系统设计的主要任务是选择悬置元件的刚度、位置和角度,使悬置系统自由振动模态频率避开发动机怠速激励力频率与车身自振频率,并尽量提高各模态振型的解耦程度,从而提高悬置系统隔振效果.悬置系统按预定频率严格解耦设计是使设计出的悬置系统模态频率完全等于按汽车设计频率规划预定的频率,并使各模态的振型严格解耦,即各向振动能量的解耦度等于1.本文从悬置系统的自由振动方程出发给出了对悬置系统按预定频率严格解耦设计的方程组,可以利用广义逆矩阵的理论求该方程组的解,亦可通过方程组构造函数进而求出该方程组的解,从而提供比当前的悬置系统模态优化设计更为简便高效的优化设计方法.相应的算例验证了本文提出的按预定频率严格解耦设计方程和求解方法的正确性.
    2014,12(2):183-187, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-025
    [摘要] (867) [HTML] (0) [PDF 811.52 K] (2277)
    摘要:
    永磁同步电机由于谐波少、转矩的精度高,常用于伺服系统和高性能的调速系统.为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.本文采用使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对系统进行仿真.仿真结果表明所得波形符合理论分析,系统响应快、超调量小,系统运行稳定,具有良好的动、静态特性.该方法采用易扩展的模块化设计,可在线修改和观察所有参数以及参数变化对系统控制效果的影响,从而能方便地验证各种控制策略,并据此选出高效的快速设计方案,缩短了研制周期,对系统设计和调试起到了很大的作用.
    2014,12(3):253-258, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-056
    [摘要] (1390) [HTML] (0) [PDF 1.00 M] (2274)
    摘要:
    为研究权衡结构刚度与低阶振动频率的飞行器升力面最优结构设计,提出两种多目标拓扑优化方案(约束法、结合约束法与评价函数法).基于变密度方法,在约束法方案中将多目标优化转化为设定参考点位移约束和低阶振动频率约束下,求解结构质量最小化的优化问题.在结合约束法与评价函数法方案中,定义组合柔度指数为评价函数(结构柔度与振动频率的函数),将多目标优化转化为设定低阶振动频率约束和体积分数约束下,求解结构最小组合柔度指数的优化问题.结果表明两种方案的优化结果具有一定的相似性,各有所长.优化设计不仅减轻了升力面结构重量,而且提高了结构的一、二阶振动频率.
    2016,14(3):247-252, DOI: 10.6052/1672-6553-2015-052
    [摘要] (1113) [HTML] (0) [PDF 2.18 M] (2266)
    摘要:
    轮胎作为车辆与路面接触的唯一载体,其力学特性是车辆动力学响应分析和控制的重要基础.目前仿真研究中所使用的轮胎模型多为稳态模型,不能精确地描述轮胎的动态特性.因此,将动态轮胎模型应用于车辆动力学仿真软件中,对于整车动力学仿真和研究具有重要的作用.多体动力学软件Adams中自带的轮胎摩擦模型为静态模型,它将摩擦系数视为一个静态值,而实际轮胎与路面之间的摩擦是动态变化的,应为相对速度和位移的动态函数,所以本文以基于LuGre动态轮胎模型,应用Matlab/Simulink软件构建动态轮胎模块,通过接口与Adams/Car连接,进行整车模型与Simulink轮胎模型的同步联合仿真,实现轮胎与路面动态接触的历程的模拟,提高车辆系统仿真的精度.〖HJ1〗〖HJ〗
    2014,12(1):36-43, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-110
    [摘要] (1140) [HTML] (0) [PDF 2.22 M] (2242)
    摘要:
    利用有限元方法建立了航空发动机双转子系统耦合非线性动力学模型,采用MATLAB计算了系统的临界转速和振型;研究了双转子结构的稳态不平衡响应,给出了双转子-机匣系统在不同转速下的运动规律,为工程中双转子系统的设计提供了一定的理论支持.
    2014,12(3):283-288, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-061
    [摘要] (1847) [HTML] (0) [PDF 479.50 K] (2209)
    摘要:
    针对大展弦比机翼水平弯曲模态参与耦合颤振问题,首先用考虑几何非线性的颤振分析方法研究了某大展弦比机翼的颤振特性,结果表明水平一弯模态参与耦合降低了机翼传统模式的线性颤振速度;然后研究了复合材料的铺层主刚度方向角对机翼非线性振动特性和颤振特性的影响规律,提出了大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计的新方法.结果表明主刚度方向角的变化主要引起了水平一弯模态振型的改变,一般表现为主刚度方向角从机翼后梁向后缘偏转,该阶模态的相对扭转振型节线位置向前缘移动;反之,该节线位置后移.进一步非线性颤振分析,发现水平一弯模态振型的变化引起了该阶模态参与耦合颤振速度的明显改变,主要表现为该颤振型的颤振速度随该阶模态的相对扭转振型节线位置前移量的增加而增大.通过两个算例验证了结论的正确性.
    2014,12(3):205-209, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-059
    [摘要] (1516) [HTML] (0) [PDF 467.15 K] (2153)
    摘要:
    研究了空间结构振动抑制的被动非线性消振方法.提出了适用于空间环境的非线性消振器结构及动力学模型,该结构通过引入磁力实现空间环境下航天器结构的振动抑制. 然后,从理论上建立了含有非线性消振器的空间悬臂梁结构动力学模型,并通过Galerkin截断及数值分析方法分析了瞬态激励下非线性消振器对空间悬臂梁结构的被动振动抑制效果.仿真结果表明,该被动非线性消振器对系统的能量耗散率可以达到92%,可以实现非常好的振动抑制效果,能够适应空间环境,并提高航天系统的可靠性.
    2014,12(3):201-204, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-048
    [摘要] (1598) [HTML] (0) [PDF 296.79 K] (2126)
    摘要:
    在飞机结构设计中,非线性因素不可避免.本文以高超音速流下的,在俯仰自由度上含有立方非线性刚度的二元机翼为研究对象,采用平均法及颤振理论研究了超高速飞机机翼的非线性动力学行为,并通过数值计算验证了理论计算的正确性,给出了对比分析结果.
    2014,12(1):62-66, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-097
    [摘要] (828) [HTML] (0) [PDF 832.87 K] (2103)
    摘要:
    提出用样条有限点法分析拱的自振频率,采用3次B样条函数的线性组合作为位移振型函数,以曲杆变形理论为基础,根据Hamilton原理建立了考虑恒载效应影响时拱的振动频率方程.计算分析了恒载效应对拱结构自振频率的影响.结果表明恒载效应会使拱结构自振频率减小;影响大小与结构自身刚度有关;拱结构截面刚度一定时,拱矢跨比、径厚比越大,恒载效应对自振频率的影响越大.

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