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极大空间结构在轨组装的动力学与控制 被引量:1
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作者 胡海岩 田强 +2 位作者 文浩 罗凯 马小飞 《力学进展》 北大核心 2025年第1期1-29,共29页
在轨组装极大空间结构是实现大容量天基通信、高精度天基观测和天基太阳能电站等未来航天任务的技术基础,具有重要的科学和工程价值.针对百米级抛物面天线等在轨组装需求,本文综述极大空间结构在轨组装相关的动力学与控制研究进展与挑战... 在轨组装极大空间结构是实现大容量天基通信、高精度天基观测和天基太阳能电站等未来航天任务的技术基础,具有重要的科学和工程价值.针对百米级抛物面天线等在轨组装需求,本文综述极大空间结构在轨组装相关的动力学与控制研究进展与挑战,讨论五个关键环节,即模块化组装方案及其动力学问题、多柔体系统动力学建模与计算、机器人运动规划与控制、组装结果的动态校验与调控、地面模拟实验.本文指出,在轨组装技术需解决柔性部件大范围运动的时空耦合动力学、机器人运动的高效规划与精准控制、力热耦合的误差校验与调控策略等难题,同时需要建立理论分析、数值仿真和地面实验验证相融合的研究框架,进而逐步推进从百米级到千米级空间结构技术的发展.最后,本文展望了未来十年的研究重点,包括高效动力学建模、复杂环境下的运动规划与控制、多模块闭合组装的动态预测与调控、天地一致的实验验证体系,进而为推动空间结构在轨组装技术提供系统性建议. 展开更多
关键词 组装总体设计 多柔体系统动力学 运动规划与控制 动态校验与调控 地面 模拟实验
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含动力学奖励的航天器编队深度强化学习控制
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作者 金伟成 陈提 胡海岩 《自动化学报》 北大核心 2025年第10期2283-2292,共10页
提出一种航天器编队的深度强化学习控制方法.该方法通过引入动力学奖励,考虑轨迹的动力学可行性并优化燃料消耗量.在训练环境中,引入J_(2)摄动相对动力学模型,基于近端策略优化算法,将航天器的局部观测信息作为策略网络和评价网络的输入... 提出一种航天器编队的深度强化学习控制方法.该方法通过引入动力学奖励,考虑轨迹的动力学可行性并优化燃料消耗量.在训练环境中,引入J_(2)摄动相对动力学模型,基于近端策略优化算法,将航天器的局部观测信息作为策略网络和评价网络的输入.策略网络输出航天器的期望位置和速度,结合动力学模型限制策略任意动作之间的转换控制,使输出轨迹考虑动力学可行性.评价网络基于局部观测信息估计由动力学模型限制的优势函数,从而辅助策略网络更新参数.进一步地,以燃料消耗量的负数作为动力学奖励,结合避撞和任务相关奖励后,训练得到的策略网络在完成航天器编队任务的同时优化了燃料消耗. 展开更多
关键词 深度强化学习 航天器编队 分布式控制 动力学
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体声波驱动的微球声操控装置结构设计与动力学建模
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作者 冯浩人 王亮 +2 位作者 闫旭冉 金家楣 赵淳生 《振动工程学报》 北大核心 2025年第5期950-962,共13页
靶丸作为惯性约束核聚变(inertial confinement fusion,ICF)的热核燃料容器,其表面质量直接影响ICF打靶试验的成败。因此制靶前针对靶壳(ICF微球)在ICF微球操控过程中二次损伤微球表面的问题,提出了一种体声波驱动的微球声操控装置,通... 靶丸作为惯性约束核聚变(inertial confinement fusion,ICF)的热核燃料容器,其表面质量直接影响ICF打靶试验的成败。因此制靶前针对靶壳(ICF微球)在ICF微球操控过程中二次损伤微球表面的问题,提出了一种体声波驱动的微球声操控装置,通过激励由压电陶瓷片和金属基体构成的振子的面外弯振模态,在液体内部建立声场并以非接触的声辐射力驱动ICF微球运动,进而实现ICF微球检测时的无损操控。为了分析声操控装置的振动和其产生的声场之间的关系,利用传递矩阵法建立了振子的机电耦合动力学模型。模型综合考虑了振子的尺寸、材料、边界、压电陶瓷片的布置方式、激励电压、水质量引起的额外负载等因素,通过该模型分别计算了振子的两个共振驻波、一个非共振行波的振型和上述振动所建立的三个声场。根据计算结果加工并装配了原理样机,通过试验对原理样机进行了振动特性测试和操控性能研究。结果表明,理论计算和试验测试得到的声操控装置的振动特性一致性较好,验证了所建立动力学模型的正确性;所提出的非共振行波和共振驻波均可实现ICF微球的有效操控,其中共振驻波驱动下微球的运动速度更快,验证了所提出的声操控的可行性和有效性。此外,该装置基于模态切换测控方法,无需显微镜即可实现ICF微球直径分类。 展开更多
关键词 声操控 机电耦合动力学模型 ICF微球 振动模态 体声波
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活性结构力学
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作者 刘少宝 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期415-415,共1页
活性结构(细胞壁/膜、微丝微管、核孔复合体、DNA等)是构成生命体的基本结构形态,是实现生命活动功能的载体,可抽象为板/壳、梁/杆、膜等力学模型。活性结构不仅具有机械结构的强度、刚度、稳定性等基本力学性能,而且具有渗透性、双电... 活性结构(细胞壁/膜、微丝微管、核孔复合体、DNA等)是构成生命体的基本结构形态,是实现生命活动功能的载体,可抽象为板/壳、梁/杆、膜等力学模型。活性结构不仅具有机械结构的强度、刚度、稳定性等基本力学性能,而且具有渗透性、双电层、收缩力、表面效应等活性特征。这些活性特征影响着活性结构在生命活动过程中的力学行为及功能,如力感知、力传递、力生物学响应等。研究不同活性特征对活性结构力学行为的影响,可为理解生命活动提供理论基础,为设计优化活性结构提供分析方法,有助于发展新型活性结构(如基因、蛋白药物)以及活性结构力学利用新技术(如力学诊断、力学疗法)。围绕活性结构的微结构及力学性能、多场耦合理论和肿瘤力学疗法应用3个方面,开展了系统性研究:(1)发展活性结构力学实验新方法,对活性结构进行微结构刻画及力、电学性能表征;(2)发展细活性结构力-电、流-固耦合理论,阐明其力学响应机制;(3)揭示生理、病理条件下典型活性结构静、动力学行为并探索肿瘤力疗法新应用。 展开更多
关键词 核孔复合体 活性结构 结构力学 活性特征 微丝 基本力学性能 蛋白药物 结构形态
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电动力绳系卫星系统长期离轨动力学建模与控制设计方法 被引量:2
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作者 颜家慧 陈提 +3 位作者 文浩 罗操群 彭文轩 恽卫东 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1792-1802,共11页
本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统... 本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统轨道运动的影响,采用修正的非奇异轨道要素描述系统的轨道动力学。针对离轨的动力学控制问题,提出了常值电流输入、方向可变的电流输入和最优控制三种电流控制设计方法,通过系绳电流设计调节电动力载荷实现离轨机动。在最优控制设计方法中,构建了带非线性约束的动力学反问题,基于非线性规划算法求解该反问题,得到最优控制参考轨迹,通过闭环反馈跟踪修正电流进行离轨。另外,提出了一种基于能量的电流开关控制策略辅助离轨,以保持系统姿态稳定和高效地利用电动力。为高效离轨对系统进行了动力学设计,并通过仿真算例对比分析了控制方法的离轨效率,验证了控制方法的有效性。 展开更多
关键词 绳系卫星系统 电动力 最优控制 长期离轨
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基于激光诱导石墨烯的复合材料电加热结构实验研究 被引量:2
6
作者 张迪超 严刚 于鑫飞 《复合材料科学与工程》 北大核心 2024年第12期80-86,共7页
为了应对飞机高空飞行时防除冰的需求,本文提出采用激光诱导石墨烯技术制备具有电加热功能的复合材料结构的方法。根据机翼前缘结冰特点,设计了中间密集、两边稀疏的波浪形加热线形式,利用激光诱导石墨烯技术快捷、高效、成本低的优点,... 为了应对飞机高空飞行时防除冰的需求,本文提出采用激光诱导石墨烯技术制备具有电加热功能的复合材料结构的方法。根据机翼前缘结冰特点,设计了中间密集、两边稀疏的波浪形加热线形式,利用激光诱导石墨烯技术快捷、高效、成本低的优点,通过二氧化碳激光器在聚酰亚胺纸表面诱导出石墨烯加热线图案,并将其与复合材料预浸料共固化形成层合结构。进行了一系列电加热实验,测试和分析在一定电流作用下结构表面竖直与水平方向的温度分布规律以及对一定厚度和质量冰层的电加热融化情况,验证了所提出和制备的复合材料电加热结构的可行性和有效性。 展开更多
关键词 激光诱导石墨烯 复合材料结构 电加热功能 电加热实验测试
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贴片式圆盘定子多自由度超声电机的设计与实验 被引量:2
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作者 潘志泳 王亮 +2 位作者 金家楣 邱建敏 冯浩人 《中国机械工程》 北大核心 2025年第1期38-46,58,共10页
为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题,设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性... 为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题,设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性和振动特性;最后组装了原理样机并对其机械输出特性进行了实验评估。实验结果表明,原理样机的启/停响应时间均在20 ms以内,角位移分辨率均小于30μrad,具有响应迅速和定位精度高的优点。 展开更多
关键词 超声电机 多自由度 圆盘定子 预压力结构 模态耦合
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能量操控式压电分流支路对结构振动的影响研究 被引量:1
8
作者 裴万鹏 刘轩 +4 位作者 马少飞 虞丽塬 吴义鹏 季宏丽 裘进浩 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期1-7,共7页
压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支... 压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支路的吸能抑振和注能控振两种功能,实现高能效且稳定的结构振动控制系统。介绍了所述压电分流支路的工作原理,推导了不同能量操控条件下结构振幅的衰减率模型,通过试验讨论了不同能量操控方法对结构振幅的影响。研究结果表明,所述能量操控型分流支路能够根据实际场景的减振需求实现高能效的结构振动抑制。 展开更多
关键词 振动控制 振动能量收集 压电分流支路 反激变压器 压电悬臂梁
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基于导波分位数回归神经网络的多钉结构裂纹诊断
9
作者 吕佳龙 徐钰森 +4 位作者 陈健 袁慎芳 杨宇 白生宝 王莉 《航空制造技术》 北大核心 2025年第21期104-113,共10页
金属多钉连接结构的准确裂纹诊断对于指导飞机结构地面试验和保障在役安全具有重大意义,然而其裂纹长度–导波损伤因子的异方差不确定性将严重影响结构裂纹诊断以及诊断结果的可靠性评估。针对该问题,本文提出了基于分位数回归神经网络(... 金属多钉连接结构的准确裂纹诊断对于指导飞机结构地面试验和保障在役安全具有重大意义,然而其裂纹长度–导波损伤因子的异方差不确定性将严重影响结构裂纹诊断以及诊断结果的可靠性评估。针对该问题,本文提出了基于分位数回归神经网络(Quantile regression neural network,QRNN)的多钉结构裂纹诊断方法,采用QRNN构建损伤因子和裂纹长度的映射模型,通过中位数实现结构裂纹长度的诊断。进一步结合分位数输出,得到不同裂纹长度下的诊断可靠性。以复杂多层长桁多钉连接结构为研究对象,开展了诊断与可靠性评估验证。结果表明,所提出方法能够实现典型长桁多钉连接区域裂纹的准确诊断,其中蒙皮上损伤诊断均方根误差为1.2 mm,长桁上损伤诊断均方根误差为2.2 mm,并且实现了诊断结果的可靠性评估。 展开更多
关键词 多钉结构 裂纹诊断 可靠性评估 导波检测 分位数回归
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增材制造点阵结构抗高速冲击性能试验与仿真研究
10
作者 付鑫强 谢志浩 +4 位作者 刘璐璐 任毅 赵振华 罗刚 陈伟 《振动与冲击》 北大核心 2025年第9期241-249,共9页
通过试验与仿真方法研究了增材制造钛合金点阵结构的准静态/动态压缩力学性能与破坏形貌,验证了增材制造钛合金动态本构模型;利用空气炮系统开展了点阵结构的高速冲击试验,建立了点阵结构宏细观结合的数值仿真模型。结果表明:点阵结构... 通过试验与仿真方法研究了增材制造钛合金点阵结构的准静态/动态压缩力学性能与破坏形貌,验证了增材制造钛合金动态本构模型;利用空气炮系统开展了点阵结构的高速冲击试验,建立了点阵结构宏细观结合的数值仿真模型。结果表明:点阵结构在准静态/动态压缩载荷下主要表现为剪切损伤;在动态压缩载荷作用下结构表现出明显的应变率强化效应;所采用的增材制造钛合金动态本构模型能有效模拟点阵结构的准静态/动态压缩性能与应变率强化效应;在高速冲击作用下,点阵结构主要表现为冲击区域的剪切破坏和压溃损伤;宏细观结合的数值仿真方法能够显著减少计算时长并有效模拟点阵结构在高速冲击过程中的损伤。 展开更多
关键词 增材制造 点阵结构 准静态压缩 抗冲击性能 数值仿真
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碳/芳纶混杂复合材料蜂窝夹芯板低速冲击及冲击后压缩实验研究
11
作者 陈然 张迪 蔡登安 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期109-119,共11页
通过低速冲击和冲击后压缩试验,探讨了不同复合材料面板和Nomex蜂窝组成的夹芯板在不同能量冲击损伤后的压缩承载行为、失效模式及失效机理。通过无损检测C扫描、Micro-CT和DIC数字测量技术,获得试样的失效模式。试验结果表明,材料损伤... 通过低速冲击和冲击后压缩试验,探讨了不同复合材料面板和Nomex蜂窝组成的夹芯板在不同能量冲击损伤后的压缩承载行为、失效模式及失效机理。通过无损检测C扫描、Micro-CT和DIC数字测量技术,获得试样的失效模式。试验结果表明,材料损伤模式主要包括面板纤维断裂、基体和纤维界面脱粘、基体开裂、芯材剪切破坏以及芯材压溃。碳/芳纶混杂复合材料夹层结构相较于碳纤维复合材料夹层结构具有更好的层间性能,且层间混杂结构相较于层内混杂结构具有更高的压缩刚度和剩余压缩强度。 展开更多
关键词 混杂复合材料 低速冲击 冲击后压缩 失效模式 剩余压缩强度
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基于iBeam3单元的冂形结构变形场重构算法
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作者 李龙飞 陶翀骢 +1 位作者 张超 季宏丽 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期120-129,共10页
结构变形作为结构健康监测的重要指标之一,对结构强度的性能评估至关重要,在实际工程中,由于工程用途等原因,应变传感器的安装数量和位置受限,导致结构变形重构精度降低。为解决上述问题,本文提出一种基于二节点逆梁单元的应变场重构算... 结构变形作为结构健康监测的重要指标之一,对结构强度的性能评估至关重要,在实际工程中,由于工程用途等原因,应变传感器的安装数量和位置受限,导致结构变形重构精度降低。为解决上述问题,本文提出一种基于二节点逆梁单元的应变场重构算法。首先采用二节点梁单元对结构进行离散,基于Timoshenko梁理论以及最小二乘误差理论构建单元内理论应变与实测应变的误差函数,通过离散应变测点重构结构应变场分布,并以此为基础重构结构变形。分别通过ABAQUS仿真分析与实验验证算法的有效性,结果表明,此算法在应变测点数量较少时,可以有效地重构结构变形,与直接使用测点应变数据相比,相对误差减小了5%,对结构健康监测具有重要意义。 展开更多
关键词 逆有限元法 逆梁单元 应变场重构 实测结构应变 变形重构
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基于卷积神经网络电阻抗成像的蜂窝夹芯结构损伤识别
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作者 李雪峰 周登 严刚 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期542-549,566,共9页
本研究针对蜂窝夹芯结构在使用和维护过程中容易受到外物冲击的问题,提出了一种基于导电感应层和卷积神经网络的冲击损伤识别方法。首先利用丝网印刷技术,将石墨烯导电碳油墨印刷在蜂窝夹芯结构表面,形成导电感应层,使结构具备实时感应... 本研究针对蜂窝夹芯结构在使用和维护过程中容易受到外物冲击的问题,提出了一种基于导电感应层和卷积神经网络的冲击损伤识别方法。首先利用丝网印刷技术,将石墨烯导电碳油墨印刷在蜂窝夹芯结构表面,形成导电感应层,使结构具备实时感应功能。然后通过建立不同损伤情况的导电感应层有限元模型,并进行电学仿真,生成了包含电导率变化和边界电压变化的数据集。基于此数据集,训练了卷积神经网络,并通过测试集验证了模型的准确性和可靠性。为验证方法的有效性,进行了冲击损伤实验,并在实验前后分别测量感应层的边界电压数据。通过训练好的卷积神经网络对电导率变化分布进行重建,实现了对蜂窝夹芯结构损伤的精准识别。实验结果表明,本研究所提出的基于卷积神经网络的电阻抗成像方法,在损伤位置和大小的识别精度上明显优于传统算法,并且识别时间非常短,可以实现对蜂窝夹芯结构的在线损伤识别。 展开更多
关键词 蜂窝夹芯结构 冲击损伤识别 导电感应层 电阻抗成像 卷积神经网络
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大功率超声电机Langevin定子结构电-振-热双向耦合损耗建模与分析
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作者 李响 丁远 +1 位作者 芦小龙 姚志远 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3655-3666,I0032,共13页
大功率超声电机普遍采用夹心式Langevin定子结构设计,其在高频高压激励下产生复杂的电-振-热双向耦合动力学,给其损耗机理的分析与温升的快速精准预测带来挑战。基于“路”的观点,构建夹心式Langevin定子结构的电-振-热双向耦合阻抗型... 大功率超声电机普遍采用夹心式Langevin定子结构设计,其在高频高压激励下产生复杂的电-振-热双向耦合动力学,给其损耗机理的分析与温升的快速精准预测带来挑战。基于“路”的观点,构建夹心式Langevin定子结构的电-振-热双向耦合阻抗型机电等效电路及其热网络拓扑,通过各阻抗参数的温度依赖性与机电等效电路固有的机电耦合特性,表征电气支路与机械支路以及热网络3者之间的双向耦合关系,进而建立其电-振-热双向耦合损耗的精确分析与计算模型,并采用自适应时间步长耦合求解方法,避免热网络模型的过频求解,有效提升电-振-热双向耦合损耗模型的计算效率。仿真与实验分析验证模型有效性,并深入分析电-振-热双向耦合效应对定子损耗的影响机制。 展开更多
关键词 超声电机 Langevin压电换能器 电-振-热耦合 机电等效电路 自适应时间步长 损耗计算
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压电层合结构中Love波的传播及其在质量传感中的应用研究
15
作者 汪殊楠 李鹏 +2 位作者 马廷锋 钱征华 陈震 《振动工程学报》 北大核心 2025年第9期2064-2071,共8页
为了探索声表面波器件在质量传感中的应用,本文应用理论分析和数值计算的方法系统研究了压电层合结构中Love波的传播特性。以附加质量层/压电敏感层/半无限大弹性半空间结构作为研究对象,构建理论解用以满足每层的动力学控制方程以及层... 为了探索声表面波器件在质量传感中的应用,本文应用理论分析和数值计算的方法系统研究了压电层合结构中Love波的传播特性。以附加质量层/压电敏感层/半无限大弹性半空间结构作为研究对象,构建理论解用以满足每层的动力学控制方程以及层与层之间的连续性边界条件,得到Love波传播的相速度方程;在验证了相速度方程的正确性后,参数化分析了附加质量层的结构参数和材料参数对Love波相速度的影响,包括厚度、剪切模量、密度、介电系数等;给出了仅考虑附加质量层惯性作用下Love波频散方程的近似求解方法,并分析了其适用区间。研究结果表明:Love波对附加质量层的厚度特别敏感,而其介电系数对Love波的相速度几乎没有影响,且Love波的相速度随附加质量层密度的增大线性减小。本文给出的仅考虑附加质量层惯性的理论分析模型具有普适性,不仅在附加质量层很薄的情况下具有较高的计算精度,而且还可使求解过程得到大大简化。相关结果和方法能够为声表面器件在质量传感中的应用提供参考。 展开更多
关键词 LOVE波 声表面波器件 相速度
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大型重载飞艇复合材料骨架结构设计及其力学分析
16
作者 许明轩 徐雷 +2 位作者 唐博建 孔卫宏 熊婕 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期932-938,共7页
大型重载飞艇具有较为广阔的应用前景,但大尺寸、空间大跨度先进复合材料骨架结构设计与分析技术一直是制约大型重载飞艇发展的关键技术之一。以某型重载飞艇骨架为研究对象,以总体设计给出的相关要求作为设计输入条件,选择较成熟的材... 大型重载飞艇具有较为广阔的应用前景,但大尺寸、空间大跨度先进复合材料骨架结构设计与分析技术一直是制约大型重载飞艇发展的关键技术之一。以某型重载飞艇骨架为研究对象,以总体设计给出的相关要求作为设计输入条件,选择较成熟的材料体系和结构连接形式,完成了飞艇复合材料骨架结构设计。骨架的主要结构单元为三角桁架梁,开发了一种基于Python的飞艇骨架结构参数化建模方法。该方法基于刚度等效原理,将三角桁架转化成空间梁单元,可自动生成骨架整体有限元模型和定义连接关系,实现了飞艇骨架结构的参数化快速建模。针对飞艇悬停装卸载这一实际典型载荷工况,开展了骨架整体应力和变形计算,并运用“整体-局部”方法,将整体有限元分析中应力承载严重的等效梁单元还原成精细化三角桁架模型。基于Hashin失效准则,对复合材料圆管、接头等结构元件进行了强度计算和校核,结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 重载飞艇 骨架 结构设计 等效模型 力学分析
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无人机四绳吊挂运输系统动力学与控制
17
作者 莫兰 王延凯 +1 位作者 魏铭宏 陈提 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1747-1757,共11页
针对四旋翼吊挂运输系统,本文引入了四绳吊挂运输方式,开展了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学建模、轨迹规划与控制研究。根据四旋翼和负载的相对位姿推导了绳索张力,建立了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学模型。为平衡运输时间与负载... 针对四旋翼吊挂运输系统,本文引入了四绳吊挂运输方式,开展了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学建模、轨迹规划与控制研究。根据四旋翼和负载的相对位姿推导了绳索张力,建立了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学模型。为平衡运输时间与负载摆动抑制,引入时间和负载摆幅作为复合性能指标,利用伪谱法将原本的最优控制问题转换为非线性规划问题,求解了四旋翼四绳吊挂运输系统的最优位置轨迹,设计了轨迹跟踪算法,并通过数值仿真和实验验证了这一轨迹的合理性。 展开更多
关键词 无人机吊挂运输 非线性规划 摆动抑制 伪谱法
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航空发动机轮盘简化裂纹体建模
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作者 李昀睿 唐雪鹤 +2 位作者 郭秩维 冯建文 胡绪腾 《航空发动机》 北大核心 2025年第1期103-110,共8页
为了满足航空发动机轮盘损伤容限设计评估方法发展的需求,开展了轮盘简化裂纹体建模方法研究。对轮盘盘心、辐板、螺栓孔等关键部位可能存在的表面裂纹、内部裂纹等典型裂纹类型,根据轮盘的几何特征和载荷条件,利用商业软件对轮盘及简... 为了满足航空发动机轮盘损伤容限设计评估方法发展的需求,开展了轮盘简化裂纹体建模方法研究。对轮盘盘心、辐板、螺栓孔等关键部位可能存在的表面裂纹、内部裂纹等典型裂纹类型,根据轮盘的几何特征和载荷条件,利用商业软件对轮盘及简化裂纹体模型进行裂纹扩展计算和对比分析,提出了基于轮盘不同部位特征和对应临界裂纹尺寸的简化裂纹体模型建立及选取原则。结果表明:采用规则的简化裂纹体模型代替轮盘构件进行裂纹扩展分析,所计算的应力强度因子和裂纹尺寸随循环数的变化曲线与实际轮盘计算结果均非常接近,临界裂纹尺寸计算差别在±10%以内,裂纹扩展寿命的计算差别在±5%以内。简化裂纹体模型相较于实际轮盘的裂纹扩展寿命计算结果略偏保守。 展开更多
关键词 轮盘 损伤容限设计 简化裂纹体模型 临界裂纹尺寸 裂纹扩展寿命 航空发动机
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复合材料帽形长桁加筋壁板固化变形数值模拟及其受结构、铺层参数的影响
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作者 庞健康 刘畅 +3 位作者 孙成 邵纯 彭文凯 钱征华 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期558-566,共9页
针对复合材料帽形长桁加筋壁板固化变形特性进行研究,本实验构建了热-化学和应力-变形的耦合分析模型,模拟温度、固化度、应力、应变之间的相互作用。采用ABAQUS软件及其子程序对帽形长桁加筋壁板模型进行仿真,考察了长桁分布密度、铺... 针对复合材料帽形长桁加筋壁板固化变形特性进行研究,本实验构建了热-化学和应力-变形的耦合分析模型,模拟温度、固化度、应力、应变之间的相互作用。采用ABAQUS软件及其子程序对帽形长桁加筋壁板模型进行仿真,考察了长桁分布密度、铺层顺序及0°铺层比例等因素对固化变形的影响。研究结果表明,长桁分布密度对固化变形有显著影响;在铺层角度组合确定的情况下,铺层顺序的改变对固化变形影响较小;长桁0°铺层比例对固化变形的影响显著,约50%的0°铺层比例可能为优选设置。本研究为复合材料帽形长桁加筋壁板的结构设计提供了固化变形控制的理论依据。 展开更多
关键词 帽形长桁 加筋壁板 固化变形 仿真 铺层
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温致材料弹性模量变化的刚-柔-热耦合系统动力学
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作者 杨煜林 田青龙 +6 位作者 蔡陈生 唐育聪 任建伟 董杨 高辉遥 赵振宇 卢天健 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第9期1130-1146,共17页
航天器在太空执行任务期间会受到复杂空间热环境载荷影响,导致其柔性结构的温度场发生显著变化,温度变化会引发结构的热动力学耦合强非线性的动力学响应,严重时会导致航天器失效.对于大尺寸、低刚度的柔性结构,其母材弹性模量的微小变... 航天器在太空执行任务期间会受到复杂空间热环境载荷影响,导致其柔性结构的温度场发生显著变化,温度变化会引发结构的热动力学耦合强非线性的动力学响应,严重时会导致航天器失效.对于大尺寸、低刚度的柔性结构,其母材弹性模量的微小变化会引起系统较大的响应,故有必要分析材料弹性模量随温度变化对刚-柔-热耦合系统动力学的影响规律.该文以绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)为基础,采用位置和梯度作为表征位移场及温度场的广义坐标,考虑温度对材料弹性模量的影响,提出了位移场和温度场统一形函数插值的等参单元.之后,根据虚功原理推导出系统的动力学方程,根据热量守恒定律推导出系统的传热方程,并采用广义α方法同时求解了每一个时间步内的两个方程.首先通过Boley简支梁验证了该文所提模型的有效性,然后分别建立了旋转柔性梁和中心刚体-夹层帆板航天器的刚-柔-热耦合系统动力学模型,针对不考虑温致材料弹性模量变化和考虑温致材料弹性模量变化的不同工况,进行动力学分析和比较.结果表明,相较于热应力,热环境下材料弹性模量的降低对系统响应的影响更为显著:对于旋转柔性梁,当角速度ω_(0)为2 rad/s和10 rad/s时,柔性梁端部的最大变形量相比于刚-柔耦合工况分别增大了9.7%和4.5%;对于中心刚体-夹层帆板,当力矩M 0为200 N·m和2000 N·m时,帆板检测点的最大变形量相比于刚-柔耦合工况分别增大了8.7%和7.1%.温度导致材料弹性模量的变化对刚-柔-热耦合系统动力学响应产生的影响不容忽视,该文结果可为航天器的控制系统设计提供重要参考. 展开更多
关键词 刚-柔-热耦合 绝对节点坐标法 温致材料弹性模量变化
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