系統(tǒng)動力學電廠除氧器建模與仿真

研究潛孔鉆機優(yōu)化定位和結(jié)構(gòu)設計問題,潛孔鉆機鉆臂是一種復雜的多關節(jié)機構(gòu)的特點,傳統(tǒng)的方法采用機器人動力學模型求解困難。為了提高設計的可靠性和有效性,提出一種虛擬樣機技術進行設計,建立仿真系統(tǒng)。首先采用pro/e和adams建立鉆臂虛擬樣機模型,再結(jié)合實際工況對鉆臂四個典型動作進行動力學仿真,得到各液壓缸受力變化曲線。實驗結(jié)果進行了對比。實驗表明仿真模型和仿真結(jié)果合理可靠,為進一步進行鉆臂設計和研究提供了可靠的參考依據(jù)。

通過hypermesh軟件,對實體模型簡化、單元類型選取、網(wǎng)格劃分等建模關鍵技術進行了研究,建立了蹺板式開關裝置的有限元模型;并通過ls-dyna軟件對開關工作過程作了虛擬仿真和動態(tài)力學分析,得到了開關工作時各構(gòu)件的應力變化圖,得出了觸點間接觸壓力隨時間的變化規(guī)律。為開關的結(jié)構(gòu)優(yōu)化做了前期準備。

艦用框架斷路器受沖擊載荷作用后的沖擊響應特性對艦船電力系統(tǒng)能否可靠運作起著重要作用。本文建立艦用框架斷路器沖擊系統(tǒng)的數(shù)學模型,然后對沖擊載荷作用下框架斷路器進行了有限元建模和動力學仿真,分析了施加不同方向沖擊載荷和施加不同大小沖擊載荷時框架斷路器機構(gòu)的位移、加速度、應力歷程、能量變化等動態(tài)響應特性,探討了研究艦用框架斷路器機構(gòu)沖擊響應的新思路和方法。最后,對艦用框架斷路器抗沖擊設計提出了一些建議。

進行適用于空間微環(huán)境的磁懸浮六自由度隔振系統(tǒng)動力學研究,設計磁懸浮隔振平臺結(jié)構(gòu),借助有限元軟件分析振源中隔振平臺定子模態(tài);分析磁懸浮隔振平臺不同擾動力作用下系統(tǒng)耦合非線性特性,建立面向控制的非線性動力學模型;通過仿真研究系統(tǒng)對不同激勵擾動下的動力學響應。該研究為控制算法設計提供理論基礎及依據(jù)。

降壓型、升壓型和升壓-降壓型dc-dc變換器是應用廣泛的基本開關dc-dc變換器.電流模式控制開關dc-dc變換器在較寬的電路參數(shù)范圍內(nèi)具有兩個邊界,基于開關切換前后電感電流的上升和下降斜率,建立了斜坡補償電流模式控制開關dc-dc變換器的統(tǒng)一模型.該模型進行無量綱歸一化處理后只有三個參數(shù),可有效展示開關dc-dc變換器在電感電流連續(xù)傳導模式(ccm)和電感電流不連續(xù)傳導模式(dcm)時的動力學特性.利用此模型,導出了軌道狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移時的兩個分界線方程,由此確定了開關dc-dc變換器的穩(wěn)定周期1域、ccm魯棒混沌域和dcm弱混沌強陣發(fā)域三個工作狀態(tài)區(qū)域.開關dc-dc變換器二維參數(shù)映射圖和電流模式控制降壓型dc-dc變換器的電路實驗觀察驗證了由兩條分界線劃分工作狀態(tài)域的正確性.

完整的剎車動力學建模和仿真對飛機防滑剎車系統(tǒng)設計和性能研究有著重要意義。根據(jù)理論力學原理,在綜合考慮飛機機體、起落架、輪胎特性的基礎上,推導了適于飛機剎車的三維動力學模型,建立以機體、起落架、輪胎為主要實驗對象的相對滑移率控制的防滑剎車系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果反映出風阻、側(cè)風干擾、非對稱著陸等環(huán)境因素及起落架和輪胎特性對飛機剎車系統(tǒng)性能的影響,所建模型較真實的符合實際物理過程。

介紹了以普通水作為傳動、支撐推進、排屑和潤滑介質(zhì)的環(huán)境友好型全水壓鑿巖機;建立了以彈性桿、彈簧為基本單元的沖擊鑿巖機波動力學模型;對yst-25全水壓鑿巖機進行了動態(tài)數(shù)值仿真與分析。研究結(jié)果表明:活塞最大壓應力為102mpa,最大拉應力為28mpa,滿足了強度設計要求;釬桿中的應力比活塞的大;盡量減小活塞的截面積變化有利于延長活塞壽命;為了保證鑿巖速度和能量傳遞效率,yst-25鑿巖機宜于在中硬到硬巖中鉆進。這為環(huán)境友好型全水壓沖擊鑿巖機的改進設計和效能評估提供了依據(jù)。

彈性元件"增載壓縮,卸載即恢復"的特性來儲存能量和釋放能量原理是防抽油桿疲勞斷裂和脫扣的有效途徑之一,但目前只有定性研究。定量研究抽油桿減震器中的蝶形彈簧組成的多體動力學系統(tǒng),并建立了動力學方程。采用fortran語言編程進行了動力學仿真,證明了抽油桿減震器可以有效地降低抽油桿作用于抽油機系統(tǒng)的附加動載荷,從而降低抽油機系統(tǒng)對抽油桿的位移激勵,進而有效地避免抽油桿的脫扣和斷裂。計算機仿真結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果相一致,定量研究為抽油桿減震器在工程中的應用提供了理論支持。

多電機同步聯(lián)動系統(tǒng)的動力學分析與建模

主要研究了往復式活塞隔膜泵動力端滑道磨損故障的動態(tài)特性。筆者借助于-接觸二狀態(tài)模型,對隔膜泵動力端的滑道磨損進行了動力學建模,并作了數(shù)值仿真,研究了不同磨損間隙時的動態(tài)特性,繪制了龐加萊截面圖,并求取了系統(tǒng)最大李雅普諾夫指數(shù)。研究表明:當滑道磨損時,系統(tǒng)處于混沌狀態(tài),且隨著磨損量的增加混沌程度增加,系統(tǒng)的動力學響應也有所增加,可以用最大李雅普諾夫指數(shù)進行滑道磨損程度的監(jiān)控。

索結(jié)構(gòu)因其輕、柔及高強度等特性被作為受拉構(gòu)件廣泛應用于工程領域.一方面,環(huán)境載荷激勵下索結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了復雜的大幅動力響應,給結(jié)構(gòu)帶來危害;另一方面,索結(jié)構(gòu)是一個同時含有平方和立方非線性的典型力學系統(tǒng),具有非常豐富的非線性動力學行為.因此,索動力學的研究受到了工程界和力學界的廣泛關注,產(chǎn)生了大量的研究成果.本文嘗試從索結(jié)構(gòu)動力學建模、非線性內(nèi)共振分析、支座運動激勵下的索動力學以及復雜環(huán)境載荷作用4個方面對索動力學研究進行總結(jié),并討論目前研究的局限性.

索結(jié)構(gòu)因其輕、柔及高強度等特性被作為受拉構(gòu)件廣泛應用于工程領域.一方面,環(huán)境載荷激勵下索結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了復雜的大幅動力響應,給結(jié)構(gòu)帶來危害;另一方面,索結(jié)構(gòu)是一個同時含有平方和立方非線性的典型力學系統(tǒng),具有非常豐富的非線性動力學行為.因此,索動力學的研究受到了工程界和力學界的廣泛關注,產(chǎn)生了大量的研究成果.本文嘗試從索結(jié)構(gòu)動力學建模、非線性內(nèi)共振分析、支座運動激勵下的索動力學以及復雜環(huán)境載荷作用4個方面對索動力學研究進行總結(jié),并討論目前研究的局限性.

動力固定是一種全新的浮橋固定方法,具有重要的實際應用價值.提出把整個浮橋系統(tǒng)作為研究對象,建立了分置式動力固定浮橋的動力學模型,對浮橋的運動進行了分析,按照動力固定控制系統(tǒng)要求對模型進行簡化.由于浮橋系統(tǒng)的復雜性,考慮到動力舟在實際使用中容易發(fā)生故障,提出將系統(tǒng)在動力舟失效情況下的容錯控制問題轉(zhuǎn)換為lmi的可行性問題,設計浮橋的魯棒h∞容錯控制系統(tǒng),以浮橋模型試驗測得的水阻力等外界干擾力為依據(jù),對浮橋動力固定特性進行數(shù)學仿真.仿真結(jié)果證明了建模方法的正確性,同時,說明當動力舟發(fā)生故障時,所設計的魯棒h∞容錯動力固定控制系統(tǒng)能夠有效地保持浮橋的橫向穩(wěn)定性.

考慮電弧的物理參數(shù)以及電磁、熱和輻射等現(xiàn)象,通過對商用計算流體力學軟件fluent進行二次開發(fā),建立了空氣開關電弧等離子體的二維磁流體動力學(mhd)數(shù)學模型。然后仿真分析了電弧半徑、電場強度與電流之間的關系,以及外部磁場對電弧運動過程的影響。同時完成了相關的實驗研究。結(jié)果表明隨著電流的增大,電弧半徑將受到器壁寬度的限制;電流對電場強度的影響很小;外部磁場在加速電弧運動的同時,產(chǎn)生的"磁壓"會導致電弧高溫區(qū)不斷被壓縮以及局部壓力的升高。

本文采用系統(tǒng)動力學方法對河套灌區(qū)的灌溉農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進行了仿真模擬，為河套灌區(qū)的水利規(guī)劃工作提供了可靠的決策依據(jù)，模型具有動態(tài)和可操作性。對灌區(qū)的地下水位控制，水資源的合理利用，經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具參考意義。

對走鋼絲機器人姿態(tài)的模糊滑?？刂茊栴}進行了研究。在靜力學分析的基礎上,利用拉格朗日方法建立了走鋼絲機器人的動力學模型,為克服模型的強非線性和模型參數(shù)難以測量等實際難題,基于合理的假設,簡化出適合于模糊滑?？刂萍夹g的系統(tǒng)模型,并根據(jù)所建立的模型設計了模糊滑模控制器。matlab仿真表明,所提出的控制策略有較好的跟蹤效果。為了進一步驗證控制策略的可行性,進行了實物樣機的實驗驗證,實驗和仿真結(jié)果基本吻合。

蛙式打夯機的建模與數(shù)值模擬問題是典型的受到多個含摩擦單邊約束作用的多體系統(tǒng)動力學問題。通過對蛙式打夯機及其工作環(huán)境的合理假設,建立蛙式打夯機的簡化多體模型。利用第一類拉格朗日方程,得到其動力學方程,它受到兩個含摩擦單邊約束的作用。采用沖量-速度層面上的時間步長算法以及與判斷stick-slip狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件等價的線性互補公式,對蛙式打夯機的整個工作過程進行數(shù)值模擬。計算結(jié)果完整地模擬了蛙式打夯機的行進過程中的stick-slip現(xiàn)象和周期性離地-夯擊地面的過程。利用數(shù)值結(jié)果對衡量打夯機性能的兩個重要參數(shù),即蛙式打夯機行進速度和每次夯擊過程中地面吸收的機械能進行計算。

根據(jù)某型強夯機的技術參數(shù)和使用要求,采用三維建模軟件pro/e和機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件adams,建立某型強夯機的虛擬樣機模型,完成了后傾動力學仿真,獲取了彈簧式防后傾裝置的彈簧變形量以及表征主臂后傾幅度大小的主臂質(zhì)心y向位移,驗證了該型強夯機防后傾裝置的有效性。

探測小行星將是未來幾十年內(nèi)航天界的研究熱點.現(xiàn)有資料表明小行星多為疏松多孔的碎石堆結(jié)構(gòu),易受探測活動的影響而破碎瓦解,因此對其探測必須先進行動力學建模,研究探測活動與小行星結(jié)構(gòu)的相互作用,確保探測任務順利執(zhí)行.在中國即將開展小行星探測任務的背景下,調(diào)研分析了散體動力學的研究和發(fā)展情況;并根據(jù)國內(nèi)外的相關研究,對目前碎石堆小行星動力學模型與數(shù)值模擬方法的研究進行了綜述;最后,結(jié)合小行星探測的應用背景,總結(jié)了小行星散體動力學模型中需解決的關鍵問題.

車路通訊技術的發(fā)展為駕駛員提供當前和預測的交通狀態(tài)信息創(chuàng)造了條件.本文考慮駕駛員的預測性及駕駛員群體對交通信息認知的異質(zhì)性,建立了新的宏觀交通流動力學模型.基于線性穩(wěn)定性理論,獲得了新模型的穩(wěn)定性條件；通過仿真算例,分析了模型參數(shù)對交通流穩(wěn)定性的影響.結(jié)果表明,駕駛員的預測時間、記憶時間、最優(yōu)記憶流量差權(quán)重系數(shù)、駕駛員類型比例和記憶時間差異對交通流穩(wěn)定性存在顯著影響；而增大預測時間步長、記憶時間步長、權(quán)重系數(shù)和認知強度系數(shù)都可以有效增強交通流的穩(wěn)定性；但交通信息認知差異增大卻會破壞交通流穩(wěn)定性.

以平面雙連桿彈性機械臂為對象,采用相對坐標系法,利用圓向量函數(shù),建立了bernoulleuler梁的離散化動力學模型,并且進行了數(shù)值仿真.

針對柔性并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)振動及控制問題,提出在并聯(lián)機器人的柔性構(gòu)件上附加多組成對的壓電換能器進行振動測量和主動振動控制的方法。首先,設計了基于直線超聲電機驅(qū)動的3-prr(p代表移動副,r代表轉(zhuǎn)動副)柔性并聯(lián)定位平臺;其次,根據(jù)hamilton方程和假設模態(tài)法,并考慮到每條支鏈中柔性桿終端的實際邊界條件,分別建立了三條對稱支鏈和移動平臺的動力學模型,通過施加閉鏈約束方程,得到了3-prr柔性并聯(lián)平臺的剛?cè)狁詈蟿恿W方程;然后,為有效抑制振動,在柔性桿上安裝多組成對的壓電驅(qū)動器和傳感器,從而使柔性桿具有智能結(jié)構(gòu)的特性;最后,基于此模型,提出了采用pd反饋控制器和srf應變率反饋(strainratefeedback)控制器相結(jié)合的混合控制方法來進行軌跡跟蹤與振動抑制,并給出了基于李雅普諾夫理論的穩(wěn)定性證明。matlab仿真結(jié)果表明:所提出的基于多組壓電換能器的混合控制方法可以使動平臺在準確跟蹤目標軌跡的同時,實現(xiàn)對柔性桿殘余振動的快速抑制,進而提高定位平臺的效率和精度,為后續(xù)的工程實驗提供了理論支撐。