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共旋框架下二维柔性多体动力学分析策略
1
作者 季奕 伍洋 +1 位作者 张慧敏 孙光辉 《振动工程学报》 北大核心 2025年第10期2288-2296,共9页
针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统,建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模,再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下,因此现有的先进线... 针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统,建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模,再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下,因此现有的先进线性空间单元可以被直接使用,从而大幅降低计算成本。此外,为了准确地计算动力学响应,本文使用了一种优化复合方法,并以最小化局部截断误差为目标对算法参数进行优化设计。优化后的复合方法具有二阶精度、无条件稳定性和可控数值耗散。最后,本文对一些经典的柔性多体系统进行计算。结果表明:在相同的精度下,与目前流行的基于绝对节点坐标公式和Generalized-α方法的动力学分析策略相比,本文策略具有显著的效率优势。 展开更多
关键词 多体动力学 柔性多体系统 共旋框架 参数优化 复合方法
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变后掠变展长飞行器动力学建模与动态响应分析 被引量：9
2
作者 杨贯通 唐胜景 +1 位作者 赵林东 郭杰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期102-107,共6页
飞行器机翼后掠角和展长动态变化时,气动力、转动惯量、压力中心和质心等关键参数都发生剧烈变化。基于Newton-Euler方法建立了包含5个刚体的变后掠变展长飞行器的动力学模型,推导了由于变形所产生的附加气动力和气动力矩。在纵向上解... 飞行器机翼后掠角和展长动态变化时,气动力、转动惯量、压力中心和质心等关键参数都发生剧烈变化。基于Newton-Euler方法建立了包含5个刚体的变后掠变展长飞行器的动力学模型,推导了由于变形所产生的附加气动力和气动力矩。在纵向上解耦简化了动力学方程,基于准定常气动力模型,分析了不同变形形式和变形速度下的纵向动态响应。研究结果表明,后掠角和展长的变化对动力学特性影响较大,但不同的变化速度对结果影响不大。通过合适的变形方式和变形速度的结合可以弱化变形过程中的动力学参数波动,减小控制系统的负担。 展开更多
关键词 应用力学 无人机 变后掠变展长 动力学建模 动态响应
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面向宽速域变体飞行的高超声速飞行器构型设计优化 被引量：2
3
作者 龙腾 张尧 +2 位作者 史人赫 叶年辉 张宝收 《宇航学报》 北大核心 2025年第3期414-425,共12页
传统固定构型乘波体飞行器难以在宽速域飞行剖面保持最佳性能。为此,开展了变体高超声速乘波体飞行器构型设计优化技术的研究,构建了变体飞行器构型设计优化框架。提出了考虑边缘变形的变体乘波体构型类函数/形函数变换(CST)参数化方法... 传统固定构型乘波体飞行器难以在宽速域飞行剖面保持最佳性能。为此,开展了变体高超声速乘波体飞行器构型设计优化技术的研究,构建了变体飞行器构型设计优化框架。提出了考虑边缘变形的变体乘波体构型类函数/形函数变换(CST)参数化方法;根据兼顾气动力、热、射程的变体收益评估模型,采用基于Kriging代理模型的约束差分进化算法求解多个工况下的最优构型。对比基准固定构型,以最优构型变体飞行能够显著改善飞行器宽速域飞行性能,升阻比平均提升4.82%,再入弹道增程4.13%,验证了变体构型优化技术的有效性,其对高超声速变体飞行器设计、研制具有参考价值。 展开更多
关键词 宽速域变体飞行器 乘波体 气动力热 气动优化设计
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大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制 被引量：88
4
作者 胡海岩 田强 +3 位作者 张伟 金栋平 胡更开 宋燕平 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期390-414,共25页
我国航天工业迫切需要掌握可入轨后展开的大型网架式空间结构技术,以便研制口径十几米、乃至数十米的星载天线.该技术的主要科学基础是这类空间结构展开和服役过程的非线性动力学建模、分析和控制.本文综述了与上述科学基础相关的研究进... 我国航天工业迫切需要掌握可入轨后展开的大型网架式空间结构技术,以便研制口径十几米、乃至数十米的星载天线.该技术的主要科学基础是这类空间结构展开和服役过程的非线性动力学建模、分析和控制.本文综述了与上述科学基础相关的研究进展,提出应重点关注的3个科学问题:一是大型网架式空间结构展开过程的多柔体系统动力学,尤其是如何对微重力环境下索网的接触和缠绕、运动副内碰撞、结构展开与航天器本体间的耦合等导致的非线性动力学进行建模和分析;二是大型网架式空间结构展开锁定后服役的动力学分析,尤其是如何揭示结构柔性、众多运动副间隙、交变热载荷等因素引起的复杂非线性振动机理;三是大型网架式空间结构展开锁定后服役的动力学控制,尤其是如何在欠驱动、低能耗条件下对非线性振动和波动传播提出有效的控制方法. 展开更多
关键词 空间结构 展开 非线性动力学 多体系统动力学 振动控制 波动控制
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小天体附近轨道动力学与控制研究现状与展望 被引量：22
5
作者 崔平远 乔栋 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期526-539,共14页
小天体探测是未来深空探测的重点领域之一,而小天体附近轨道动力学与控制问题是小天体探测任务迫切需要解决的关键问题.该问题涉及形状不规则小天体附近的动力学环境建模与小天体附近轨道动力学机理.本文从不规则形状小天体引力场的建... 小天体探测是未来深空探测的重点领域之一,而小天体附近轨道动力学与控制问题是小天体探测任务迫切需要解决的关键问题.该问题涉及形状不规则小天体附近的动力学环境建模与小天体附近轨道动力学机理.本文从不规则形状小天体引力场的建模、小天体附近的自然轨道动力学、小天体附近的受控轨道动力学3个方面综述了小天体附近轨道动力学与控制的研究现状与发展趋势,并分析了小天体附近轨道动力学所面临的挑战与难题,最后对我国未来小天体探测任务可能涉及的轨道动力学与控制问题的发展方向进行了展望. 展开更多
关键词 小天体探测 动力学与控制 不规则引力场 自然轨道动力学 受控轨道动力学
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柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制研究 被引量：4
6
作者 田强 刘铖 +1 位作者 刘丽坤 李新刚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1609-1616,共8页
结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法不仅能精确表达刚柔耦合多体系统的动力学特性而且能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用该方法研究了星载柔性机械臂在抓取漂浮目标过程中机械臂-星体-太阳翼的刚柔耦合动力学... 结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法不仅能精确表达刚柔耦合多体系统的动力学特性而且能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用该方法研究了星载柔性机械臂在抓取漂浮目标过程中机械臂-星体-太阳翼的刚柔耦合动力学与控制问题。提出了一种间隙圆柱运动副的四点碰撞检测模型,引入一种能考虑碰撞能量耗散的连续接触模型实现了抓取过程的接触、碰撞模拟。提出了一种联合控制策略确保了抓取过程中星体姿态的稳定。该研究为实际工程应用提供一种新的星载柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制分析的建模与数值仿真方法。 展开更多
关键词 绝对坐标方法 柔性机械臂 抓取 太阳翼 仿真
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含精细寰枢关节的颈椎肌骨系统动力学个性化建模
7
作者 孙成彦 刘杉杉 +4 位作者 士炟 于璐 陶君妍 许南方 郭建峤 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期337-337,共1页
目的全麻后颅骨牵引是难复性寰枢椎脱位的诊疗决策核心,但其治疗效果仍依靠医生经验推测。肌骨动力学模型能够对寰枢关节运动功能进行量化分析,为实现难复性AAD的精准化诊疗决策提供理论依据。方法招募1名健康受试者,其颈椎骨性结构简... 目的全麻后颅骨牵引是难复性寰枢椎脱位的诊疗决策核心,但其治疗效果仍依靠医生经验推测。肌骨动力学模型能够对寰枢关节运动功能进行量化分析,为实现难复性AAD的精准化诊疗决策提供理论依据。方法招募1名健康受试者,其颈椎骨性结构简化为刚体,几何由高精度CT图像重建得到。骨骼肌通过包含Hill本构的非线性ALE索单元进行建模,肌肉附着点基于个性化椎体几何与Vasavada标准人颈椎模型配准得到,基于MCU测定的颈椎等长力矩并调整肌肉最大主动肌力。寰枢关节抽象成简单几何与关节表面网格间的接触,关节间韧带采用大变形非线性索单元建模。基于双平面荧光透视,获取颈椎各关节的转角分配,将其作为运动协同约束。基于红外动作捕捉驱动逆动力学分析,获得关节力矩与肌肉发力模式信息。获得的肌肉发力模式作为正向动力学分析输入,得到寰枢椎关节时变接触力。结果基于上述方法,构建了一名健康受试者的寰枢椎肌骨系统动力学模型,可求得寰枢关节接触力、韧带内力等生物力学量,求得的浅表肌肉发力模式与实测EMG具有一致性。结论本文构建的寰枢椎肌骨系统动力学实验与分析方法,为明晰寰枢椎运动与稳定的生物动力学机制,预测难复性AAD不同手术松解技术的复位效果提供了定量分析工具。 展开更多
关键词 寰枢关节 健康受试者 寰枢椎 颅骨牵引 医生经验 难复性 骨性结构 双平面
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高速飞行器直接力/气动力复合控制技术综述 被引量：6
8
作者 梁栋 宋建梅 蔡高华 《航空兵器》 2013年第4期15-19,24,共6页
直接力/气动力复合控制技术是实现高速飞行器大机动、快响应和高精度飞行的有效手段。本文介绍了国外几种高速飞行器的复合控制模式及系统组成,并对国内外直接力/气动力复合控制系统的主要设计方法和研究进展进行了分析总结,指出了基于... 直接力/气动力复合控制技术是实现高速飞行器大机动、快响应和高精度飞行的有效手段。本文介绍了国外几种高速飞行器的复合控制模式及系统组成,并对国内外直接力/气动力复合控制系统的主要设计方法和研究进展进行了分析总结,指出了基于分配的设计方法及联合设计方法的优缺点及进一步研究中要注意的问题。 展开更多
关键词 高速飞行器 拦截器 复合控制 控制系统设计
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平面两自由度变形机翼的动力学建模与控制 被引量：1
9
作者 史榕颀 宋建梅 张明亮 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1194-1201,共8页
研究一种两自由度平面变形机翼的动力学建模与控制问题。采用分析力学Lagrange方法建立了变形机翼多刚体动力学模型,模型考虑了机翼前缘所受到的空气动力载荷和外部弹性蒙皮等因素。由于变形机翼是一个强耦合、冗余驱动的非线性多输入... 研究一种两自由度平面变形机翼的动力学建模与控制问题。采用分析力学Lagrange方法建立了变形机翼多刚体动力学模型,模型考虑了机翼前缘所受到的空气动力载荷和外部弹性蒙皮等因素。由于变形机翼是一个强耦合、冗余驱动的非线性多输入多输出系统,采用伪逆法设计冗余驱动系统的控制分配器,采用动态逆方法实现系统精确线性化及两自由度的解耦控制,并与传统PID方法相结合构成了冗余驱动变形机翼的控制系统。通过ADAMS动力学仿真,对所建立的动力学方程进行了模型验证,并通过Matlab控制系统仿真,测试了系统的控制性能。研究结果表明,将Lagrange方法、伪逆法、动态逆控制、传统PID方法相结合可以有效解决平面两自由度冗余驱动变形机翼的动力学与控制的基本问题。 展开更多
关键词 自动控制技术 变形机翼 LAGRANGE方程 冗余驱动 伪逆法 动态逆
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黏弹性薄膜太阳帆自旋展开动力学分析 被引量：15
10
作者 赵将 刘铖 +1 位作者 田强 胡海岩 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期746-754,共9页
近年来,可用于航天器推进的太阳帆自旋展开技术引起人们广泛关注.这类太阳帆可视为由中心旋转毂轮、若干柔性绳索、太阳帆薄膜和集中质量等组成的刚柔耦合多体系统.为了对系统中的太阳帆薄膜进行建模,提出了基于绝对节点坐标方法描述的... 近年来,可用于航天器推进的太阳帆自旋展开技术引起人们广泛关注.这类太阳帆可视为由中心旋转毂轮、若干柔性绳索、太阳帆薄膜和集中质量等组成的刚柔耦合多体系统.为了对系统中的太阳帆薄膜进行建模,提出了基于绝对节点坐标方法描述的黏弹性薄板单元,并对其有效性进行了验证.针对简化的"IKAROS"自旋展开太阳帆系统,采用结合自然坐标方法与绝对节点坐标方法的绝对坐标方法对其进行建模,采用广义-α方法对大规模系统动力学方程进行求解.研究了黏弹性太阳帆薄膜自旋展开过程的动力学特性,讨论了薄膜的黏弹性阻尼对自旋展开过程的影响规律. 展开更多
关键词 太阳帆 自旋展开 黏弹性 绝对坐标方法
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月球探测器软着陆动力学及影响因素分析 被引量：12
11
作者 董威利 刘莉 +2 位作者 周思达 陈树霖 张南富 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期388-396,共9页
为准确预估探测器着陆冲击过程的动力学响应,采用非线性有限元方法建立了探测器软着陆动力学模型,全面考虑了各种非线性因素的影响。为保证仿真精度,提高计算效率,提出了一种缓冲腿的简化模型并采用隐式算法求解系统动力学方程。通过与... 为准确预估探测器着陆冲击过程的动力学响应,采用非线性有限元方法建立了探测器软着陆动力学模型,全面考虑了各种非线性因素的影响。为保证仿真精度,提高计算效率,提出了一种缓冲腿的简化模型并采用隐式算法求解系统动力学方程。通过与试验数据的对比证明了简化模型及计算方法的有效性。在此基础上,分析了具有不同阻尼和不同刚度的着陆器中心体对有效载荷冲击响应的影响,并针对刚度的影响给出了理论解释。研究结果表明阻尼可以很好地缓冲有效载荷的加速度响应,而中心体刚度大小与有效载荷的加速度响应峰值呈负相关。研究结果对探测器的动力学分析与设计提供了一定的理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 月面软着陆 柔性系统 非线性有限元法 隐式算法 缓冲腿简化
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变拓扑卫星环形桁架天线展开动力学研究 被引量：6
12
作者 田强 刘铖 +1 位作者 刘丽坤 李新刚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1351-1358,共8页
卫星环形桁架天线展开动力学问题一直被众多学者所关注。但是,以前的相关研究主要局限于桁架天线本身的展开动力学问题,因此无法得到伸展臂与桁架天线展开、锁定过程中与卫星本体姿态的耦合动力学特性。鉴于多刚体系统动力学理论中的自... 卫星环形桁架天线展开动力学问题一直被众多学者所关注。但是,以前的相关研究主要局限于桁架天线本身的展开动力学问题,因此无法得到伸展臂与桁架天线展开、锁定过程中与卫星本体姿态的耦合动力学特性。鉴于多刚体系统动力学理论中的自然坐标方法能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用自然坐标方法利用约束切换技术建立了变拓扑星体-伸展臂-环形桁架天线的参数化多刚体系统动力学模型,进行了系统的展开动力学仿真研究,获得了伸展臂与桁架展开、锁死过程中对星体质心的反力变化规律。部分仿真结果采用商业软件MSC.ADAMS进行了验证。仿真流程及结果可为实际工程应用提供参考。 展开更多
关键词 变拓扑 伸展臂 桁架 多刚体动力学仿真 自然坐标
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气动/推力矢量飞行器分阶段复合控制分配策略设计 被引量：4
13
作者 高峰 唐胜景 +1 位作者 郭杰 师娇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期1249-1255,共7页
以气动/燃气舵推力矢量复合控制反坦克导弹为研究对象,研究了不同飞行阶段下的气动/推力矢量复合控制分配策略问题。通过分析气动舵和燃气舵控制效率受导弹飞行速度变化的影响,并结合不同飞行阶段的飞行任务和特点,分别基于模糊逻辑以... 以气动/燃气舵推力矢量复合控制反坦克导弹为研究对象,研究了不同飞行阶段下的气动/推力矢量复合控制分配策略问题。通过分析气动舵和燃气舵控制效率受导弹飞行速度变化的影响,并结合不同飞行阶段的飞行任务和特点,分别基于模糊逻辑以及链式递增理论,设计了适用于初始飞行段和末制导段的复合控制分配策略。仿真结果表明,所设计的两种策略均保证了复合控制系统具有较快的响应速度和良好的控制精度,同时缩短了燃气舵的工作时间,减少了推力损失。 展开更多
关键词 复合控制 分配策略 模糊逻辑 链式递增 燃气舵
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三体轨道动力学研究进展 被引量：16
14
作者 李翔宇 乔栋 程潏 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1223-1245,I0001,共24页
三体系统轨道动力学问题是航天动力学领域中的经典问题,具有丰富的理论与工程意义,并将在人类由近地延伸到深空的航天活动过程中起到至关重要的作用.本文回顾并总结了三体系统轨道动力学相关研究进展,并结合未来的深空探测的发展趋势,... 三体系统轨道动力学问题是航天动力学领域中的经典问题,具有丰富的理论与工程意义,并将在人类由近地延伸到深空的航天活动过程中起到至关重要的作用.本文回顾并总结了三体系统轨道动力学相关研究进展,并结合未来的深空探测的发展趋势,展望了三体系统轨道动力学研究中的热点与挑战.首先阐述了三体问题的研究背景及意义,简要回顾了三体系统动力学模型的发展历程.其次,系统概述了三体系统平衡点附近的局部运动特性,介绍了平衡点附近周期轨道解析与数值求解方法,给出了拟周期运动的最新进展.同时总结了共振轨道、循环轨道、自由返回轨道等三类三体系统全局周期运动的动力学特性与研究进展.再次,从不变流形理论和弱稳定边界理论两个方面综述了三体系统中低能量转移与捕获轨道设计的研究进展.最后,综述了三体系统轨道动力学在编队飞行、导航星座设计两方面的应用,并展望了全月面覆盖轨道设计、三体系统下的小推力轨道优化和三体系统的三角平衡点开发利用中值得关注的轨道动力学与控制问题. 展开更多
关键词 三体问题 轨道动力学 周期运动 捕获轨道 转移轨道
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飞行器非线性气动伺服弹性力学 被引量：15
15
作者 黄锐 胡海岩 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期428-466,共39页
现代飞行器日益呈现结构轻质化、控制系统宽通带和高权限的发展趋势.因此,非定常气动力、柔性结构和主动控制系统三者间的耦合力学成为重要的研究领域.自20世纪80年代起,航空界开始关注受控飞行器的气动弹性稳定性以及主动控制问题,但... 现代飞行器日益呈现结构轻质化、控制系统宽通带和高权限的发展趋势.因此,非定常气动力、柔性结构和主动控制系统三者间的耦合力学成为重要的研究领域.自20世纪80年代起,航空界开始关注受控飞行器的气动弹性稳定性以及主动控制问题,但对气动/结构的非线性效应、控制回路时滞对受控飞行器动力学行为的影响规律研究尚不充分.研究这些影响规律不仅涉及非线性、高维数、多变参数和时滞效应等难题,而且必须面对空气动力、飞行器结构、驱动机构、控制系统之间的强耦合问题.其中的前沿难题是:发展非线性气动伺服弹性动力学建模理论,揭示上述因素诱发受控气动弹性振动的动力学机理,开展气动伺服弹性控制风洞实验.本文针对非线性气动伺服弹性力学所涉及的非线性非定常气动力建模、非线性结构动力学、气动伺服弹性控制律设计、气动伺服弹性实验,总结相关研究现状和最新进展,特别是近年来作者学术团队的研究成果,并对进一步研究给出若干建议. 展开更多
关键词 动力学 主动控制 气动伺服弹性力学 颤振主动抑制
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小天体着陆动力学参数不确定性影响分析 被引量：8
16
作者 袁旭 朱圣英 +1 位作者 乔栋 崔平远 《深空探测学报》 2014年第2期134-139,共6页
针对小天体不规则程度高、引力场复杂,且物理参数存在较高不确定性的问题,基于小天体着陆动力学方程线性化近似解析解,对各动力学参数不确定性的影响进行了分析。考虑动力学方程线性化带来的误差,引入线性化误差补偿校正方法,建立了探... 针对小天体不规则程度高、引力场复杂,且物理参数存在较高不确定性的问题,基于小天体着陆动力学方程线性化近似解析解,对各动力学参数不确定性的影响进行了分析。考虑动力学方程线性化带来的误差,引入线性化误差补偿校正方法,建立了探测器轨迹对动力学参数不确定性的敏感度方程。以小行星Eros 433为例,重点分析了目标小天体质量、自转角速度、引力势函数系数,以及探测器初始状态、推力加速度等动力学参数不确定性对探测器着陆轨迹的影响。数学仿真分析表明,针对本文选取的目标小天体,推力加速度扰动为主要影响因素,探测器初始状态的不确定性为次要影响因素,其他参数扰动的影响较小。 展开更多
关键词 小天体 着陆 参数不确定性 敏感性分析
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太阳帆自旋展开动力学地面模拟试验研究 被引量：7
17
作者 周晓俊 周春燕 +1 位作者 张新兴 胡海岩 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期175-182,共8页
太阳帆自旋展开是一项新的空间技术。它利用自旋离心力展开折叠的太阳帆薄膜,并使其保持展开后的位形,从而可省略额外支撑结构,有效减少结构重量,降低展开能耗。在这项技术进行在轨试验和用于航天任务之前,必须对其进行充分的动力学地... 太阳帆自旋展开是一项新的空间技术。它利用自旋离心力展开折叠的太阳帆薄膜,并使其保持展开后的位形,从而可省略额外支撑结构,有效减少结构重量,降低展开能耗。在这项技术进行在轨试验和用于航天任务之前,必须对其进行充分的动力学地面模拟试验。介绍了如何设计和研制太阳帆自旋展开与控制系统,制作了不同的太阳帆模型,分别在常规气压下和真空舱中进行太阳帆自旋展开动力学地面模拟试验。通过多组试验,得到了可完整、稳定展开太阳帆模型的方法。试验时在真空舱底部和侧面布置两台高速相机,拍摄各个时段的展开过程。经过图像处理和分析,得到了第一展开阶段帆面展开长度随时间的变化关系和第二展开阶段的帆面动态响应。通过建立简化的动力学模型并进行分析,解释了第二展开阶段帆面产生较大面内外振动的原因。 展开更多
关键词 航天器 地面模拟试验 太阳帆 展开 自旋
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多柔体系统动力学建模与优化研究进展 被引量：37
18
作者 孙加亮 田强 胡海岩 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1565-1586,共22页
多柔体系统是由柔性部件和运动副组成的力学系统,在航空、航天、车辆、机械与兵器等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括柔性机械臂、直升机旋翼、卫星的可展开天线、太阳帆航天器等.近年来,随着工程技术的发展,多柔体系... 多柔体系统是由柔性部件和运动副组成的力学系统,在航空、航天、车辆、机械与兵器等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括柔性机械臂、直升机旋翼、卫星的可展开天线、太阳帆航天器等.近年来,随着工程技术的发展,多柔体系统动力学问题日益突出,尤其是含变长度柔性部件的多柔体系统,不仅涉及其动力学建模与计算,还涉及其动力学优化设计.事实上,部件柔性对多柔体系统的动力学行为影响很大,直接影响到优化结果,因此需要发展基于多柔体系统动力学的优化设计方法.本文首先阐述了多柔体系统动力学优化的研究背景及意义,简要回顾了多柔体系统动力学建模的3类方法:浮动坐标方法、几何精确方法和绝对节点坐标方法,并介绍了含变长度柔性部件的多柔体系统动力学建模方法.系统概述了多柔体系统动力学响应优化、动力学特性优化和动力学灵敏度分析3个方面的研究进展,并从尺寸优化、形状优化和拓扑优化3个方面综述了多柔体系统部件优化的研究进展.本文最后提出了在多柔体系统动力学优化研究中值得关注的若干问题. 展开更多
关键词 多柔体系统 动力学建模 动力学优化 动力学响应 动力学特性 灵敏度分析 部件优化
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人体肌骨的多柔体系统动力学研究进展 被引量：11
19
作者 郭建峤 王言冰 +2 位作者 田强 任革学 胡海岩 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期253-310,共58页
人体肌肉骨骼系统简称肌骨系统,包括骨骼、骨骼肌与关节连接,其力学模型是典型的多柔体系统.从多体动力学角度研究肌骨系统,主要关注其在运动过程中的肌肉内力、关节力矩及产生的动力学影响,属于动力学与生物力学的交叉融合.肌骨系统的... 人体肌肉骨骼系统简称肌骨系统,包括骨骼、骨骼肌与关节连接,其力学模型是典型的多柔体系统.从多体动力学角度研究肌骨系统,主要关注其在运动过程中的肌肉内力、关节力矩及产生的动力学影响,属于动力学与生物力学的交叉融合.肌骨系统的多体动力学模型已被广泛地应用于临床医学、竞技体育、军事训练、人机工程等诸多领域,其仿真结果可为提高人体运动能力、降低关节载荷与能耗、避免运动损伤、加快康复进程等提供重要计算参考数据.与此同时,上述研究亦对肌骨动力学研究提出了许多新挑战.本文综述了人体肌骨多柔体系统动力学相关研究进展,包括骨骼肌功能解剖与生物力学建模、神经与肌肉控制理论、肌骨系统动力学问题与求解方法,以及近年来肌骨多体动力学在步态分析、飞行员抗荷动作、口颌手术规划等领域的典型应用.与工程领域的机械多体系统相比,人体肌骨多体系统具有肌肉内力主动性与肌肉控制冗余性两大特征.现有骨骼肌模型难以同时考虑肌肉的解剖结构、三维几何与肌力产生的生物化学机制.已有大多数肌骨模型采用静态优化假设消除肌肉冗余性,忽略了肌肉与肌腱内力平衡及兴奋收缩耦联机制.此外,目前仍缺乏实现肌骨模型个性化的无创在体测试手段.未来,人体肌骨多体动力学研究将会向更精确、智能、个性化的方向发展,成为动力学与生物力学交叉的热点研究领域. 展开更多
关键词 肌骨系统 多柔体动力学 骨骼肌 逆向动力学 运动生物力学
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多刚体系统分离策略及释放动力学研究 被引量：9
20
作者 罗操群 孙加亮 +2 位作者 文浩 胡海岩 金栋平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期503-513,共11页
紧密连接的多刚体系统可在脱离运载航天器后在轨自主分离,无需多次利用航天器发射装置或在航天器中安装多个发射装置进行分离释放,从而有效提高运载航天器空间利用率,简化分离释放操作和降低碰撞风险.本文针对多刚体系统的在轨分离释放... 紧密连接的多刚体系统可在脱离运载航天器后在轨自主分离,无需多次利用航天器发射装置或在航天器中安装多个发射装置进行分离释放,从而有效提高运载航天器空间利用率,简化分离释放操作和降低碰撞风险.本文针对多刚体系统的在轨分离释放问题,研究在轨分离策略及释放过程动力学.首先,考虑刚体相对运动及姿态变化,基于虚功原理及自然坐标方法建立单个刚体的动力学模型.考虑多刚体系统在轨分离释放阶段的轨道运动和连接约束变化,计入分离时刚体间的相互作用,利用拉格朗日乘子法获得含连接约束的非线性动力学模型.考虑到实际工程应用,在多刚体系统分离释放阶段,通过安装在刚体间每个接触表面4个角上的弹射装置实现自主分离.其次,为保证分离过程中刚体之间无碰撞发生,规划了多刚体系统的分离时序,并基于不同弹射方向及分离顺序设计了两种分离释放方案.最后,通过算例研究分析了在轨分离释放过程中刚体的非线性动力学行为,验证了分离释放方案的有效性. 展开更多
关键词 多刚体系统 分离释放 弹射 约束 碰撞
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