关键词： 行星轮系   非线性因素   航天机构   动力学特性   耦合分析  

摘要： 围绕我国航天技术的国家重大需求,空间站大型机械臂、卫星天线等航天机构的应用日益广泛,且执行空间任务的复杂度越来越高,对这类机构的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高。传动关节作为其核心部件,主要完成机械连接、动力传递等工作,对空间机械臂的位置精度、卫星天线的指向精度等具有直接影响。本文针对行星轮系传动系统中存在的多间隙现象,刚柔耦合现象,建立多种动力学模型并进行数值仿真,主要研究工作如下:聚焦于课题研究的意义及相关背景,分析了相关研究的发展状况和优缺点,提出了本文的研究方向及重点。此外,航天机构的动力学研究有助于提高航天机构的设计及分析水平,延缓航天机构的磨损,延长其使用寿命,同时对其他大型机构的研制具有指导借鉴意义。针对行星轮系传动系统中多使用斜齿轮作为传动元件的应用现状,建立斜齿轮传动的弯-扭-轴耦合6自由度动力学模型。考虑斜齿轮传动中的齿侧间隙,时变啮合刚度和啮合阻尼等因素,推导齿轮啮合刚度及间隙函数方程。为分析轮齿修缘对齿轮啮合传动的影响,建立轮齿修缘模型,并用不同曲线分析修缘曲线方程,代入原斜齿轮传动动力学模型,得到系统综合考虑轮齿修缘的5自由度动力学方程。数值仿真结果表明外部激励,齿侧间隙等因素对齿轮传动的振动影响较大,合理的轮齿修缘曲线能够有效减小系统振幅。在此基础上,分析含有多组斜齿轮副传动的行星轮系关节,建立考虑多间隙因素的行星齿轮传动系统动力学模型及柔性臂杆动力学模型,利用拉格朗日乘子法建立含行星轮系关节及柔性臂杆的系统动力学方程。数值仿真中,通过对多间隙模型及刚柔耦合模型的对比,发现柔性臂杆与关节内部多间隙的耦合作用致使传动系统振动剧烈,但也加快了碰撞的衰减,因此,刚柔耦合动力学模型更符合实际工作情况。在刚柔耦合动力学的基础上,改变转速、间隙等参数大小,分析不同因素对系统动力学特性影响。结果表明较高转速时运动偏差波动次数衰减较快但启动时刻的冲击与碰撞程度较大,同时得到了维持系统最佳工作状态时各间隙大小的合理取值。此外,以2K-H行星齿轮传动系统为研究对象,建立平移-扭转耦合模型,将星载天线视为包含卫星本体、行星轮系关节,机械臂杆,天线反射面的多体系统,建立星载天线多体模型。重点分析双行星轮系关节情况下齿轮侧隙、啮合误差、摩擦力、耦合误差、空间温度等非线性因素对天线指向精度的影响。数值仿真结果表明,合适的齿侧间隙能够避免齿轮啮合过程中的卡齿现象,也能保持较高的传动精度,选用泊松比较大的齿轮材料能够减弱齿轮啮合误差造成的影响,在低速、匀速、低摩擦的情况下更易于保持天线的平稳。但由于双行星轮系关节的耦合作用,更容易引起天线指向精度偏差的波动。

关键词： 南水北调   除藻   MATLAB   水动力特性  

摘要： 南水北调工程作为我国的重要战略性工程,解决了我国南涝北旱的问题,对我国的区域经济和环境的发展起到了重要的作用。因此,保证南水北调输水渠道中的水质安全尤为重要。近年来,南水北调的输水渠道中产生了季节性的藻类,不但影响了水质,而且严重时,可使水体发生富营养化,危害人类健康。为此,根据南水北调输水渠道这一特殊工况,设计了依托于止水闸口的除藻设备。根据当前国内外的除藻技术、设备及原理,确定采用物理除藻技术中的机械式除藻法,设计适用于南水北调工况的除藻机械。经过实地考察,记录相关数据,制定技术要求。根据具体功能、工作环境和条件,完成除藻机械的结构设计方案,并分别建立各个方案的Solidworks三维模型。通过对各方案的分析与筛选,确定出最佳方案。结合具体工况,并通过计算与建模,完成除藻机械的总体设计,包括框架结构、传动系统、拦藻清污系统等。结合设备制造工艺与安装流程,对除藻机械进行进一步的改进与完善。利用MATLAB软件对除藻机械进行模糊控制系统的设计,控制拦藻网的拦藻时间和喷水时间,实现除藻机械的自动化。采用Fluent软件对除藻机械的水动力特性进行研究,进一步确定拦藻网参数、验证除藻效果。设备已在南水北调中线渠道运行,为渠道藻类清除提供了重要参考。

关键词： Molecular dynamics  

摘要： Molecular dynamics simulation was performed on 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitane (CL-20), 2,4-dinitro-2,4-diazapentane (DNDAP), and CL-20/DNDAP cocrystal and composite under COMPASS force field at different temperatures. The binding energy (E-bind), radial distribution function (RDF), trigger bond length, cohesive energy density (CED) and mechanical properties were studied and compared. The results show that the binding energy of the cocrystal is evidently higher than that of the composite at the same temperature. RDF analysis reveals that hydrogen bonds and vdW forces between CL-20 and DNDAP exist in both CL-20/DNDAP cocrystal and composite, and the interactions in the cocrystal are stronger than those in the composite. The maximum trigger bond length decreases in the order epsilon-CL-20 > CL-20/DNDAP composite > CL-20/DNDAP cocrystal. Moreover, the rigidity and stiffness of the cocrystal and composite decrease compared to that of CL-20, while the ductility and elasticity are better than that of the two pure components. These results demonstrate that CL-20/DNDAP cocrystal might be very promising in explosive applications.

关键词： 非光滑机械动力学系统   Melnikov方法   碰振系统   颤振   混沌  

摘要： 近年来,在实际需求的推动下,特别是工程方面的应用,越来越多的数学家和力学家开始关注非光滑动力学机械系统,并非常重视非光滑动力学机械系统理论体系的研究与实践。到目前,广大学者们一直致力于各种理论分析方法,以期分析和解决非光滑机械系统中的复杂动力学问题。Melnikov方法作为研究动力系统全局分析的一种非常实用的解析方法,尽管已经在光滑系统中取得了很大的发展和改进,但如果将经典的Melnikov方法直接用来分析研究非光滑系统,其分析结果肯定会是非常不准确的,所以必须修改、补充以完善Melnikov方法来分析研究非光滑系统的运动特性。为此,本文以两类二自由度的非光滑、非线性机械系统作为研究对象,扩展经典的Melnikov方法得到应用于非光滑系统中的拓展Melnikov方法,用该方法还分析两类机械系统的复杂动力学特性。本文主要开展了如下方面的研究:***方法是研究非光滑动力学系统同宿分岔、异宿分岔以及次谐分岔等非常实用的分析方法。主要介绍了Melnikov方法的基本定义,然后给出了同宿轨道和异宿轨道以及次谐轨道的Melnikov函数的简略的推算过程,并利用摄动法和Poincaré映射法重点分析了一类不连续系统和含间隙刚性碰撞系统的Melnikov方法。2.试图揭示二自由度非光滑模型在高速切削过程中的颤振运动的动力学特性,如非光滑分岔、混沌运动等等。建立了高速切削过程中车刀-工件运动耦合的一类二自由度振动非光滑模型。分别利用经典的稳定性分析方法-特征根法和扩展的Melnikov方法来分析高速切削二自由度非光滑系统中的动力学响应,得到产生稳定周期运动(颤振)的临界参数区域,最后运用数值方法模拟验证了该方法分析高速切削过程中的颤振运动的动力学特性的有效性。3.运用扩展Melnikov方法分析了一类二自由度碰撞振动系统的双碰周期2解特性,确定了系统稳定双碰周期2运动的存在条件,即在参数域内的一条临界曲线。利用数值模拟验证,证明了该扩展Melnikov方法分析二自由度碰撞振动系统的双碰周期2运动有效性。

关键词： 农机总动力   组合预测   包容性检验   马尔科夫模型   最优组合  

摘要： 兵团农机总动力反映了兵团地区农业机械化发展的总体水平,是兵团农业机械化发展规划的重要指标。然而,农机总动力的增长受多方面因素的相互影响,常规的预测采用单一预测模型,预测精度误差较大,预测效果往往不能让人满意。近年来,随着组合预测理论的不断发展,组合预测模型以其预测精度高而被广泛应用到农机总动力的预测中,但在应用组合预测模型时仍然存在一些问题如单一预测模型选择无定量方法等需要解决。本文以新疆兵团1989年-2015年农机总动力相关统计数据为基础,建立Logistic回归模型、指数法、三次多项式法、ARIMA模型、二次多项式法、指数平滑法、灰色模型七种单一预测模型,使用包容性检验原理对以上七种单一预测模型进行逐一筛选;对通过包容性检验的四种单一预测模型,采用熵值法、Shapley法、变异系数法等不变权重法根据模型误差信息建立非最优组合预测模型;根据误差平方和最小、误差绝对值和最小准则建立最优组合预测模型,选择MAPE(平方绝对百分误差)等评价指标对预测结果进行评价,选用精度较高的组合模型对新疆兵团2016年-2020年农机总动力进行预测,并使用马尔科夫模型建立预测区间。主要研究结论如下:(1)对所选七种单一预测模型进行包容性检验,通过检验的单一预测模型分别为:Logistic回归模型、三次多项式模型、二次多项式模型、ARIMA模型。(2)采用不同权重值分配方法构建非最优组合预测模型,其预测精度从高到底分别为:基于Shapley值法的组合模型、基于变异系数法的组合模型、基于熵值法的组合模型。(3)构建误差平方和最小、误差绝对值和最小准则的两种最优组合模型,通过对比分析SSE、MSE等误差指标,得到两种最优组合模型预测精度均高于(1)中四种单一预测模型预测精度,且在两种最优组合模型中,基于误差绝对值和最小准则的组合模型预测效果较好。(4)选取基于Shapley值的非最优组合模型预测兵团2016年-2020年农机总动力,预测结果分别为:533.795万千瓦、557.783万千瓦、575.445万千瓦、592.899万千瓦、608.385万千瓦。(5)以Shapley值法构建的组合预测模型为基础,并对1991年-2015年的预测数据进行分析,使用预测误差e为参考指标进行状态的划分,建立状态转移矩阵,求解2016年-2020年预测区间值,使用马尔科夫模型建立区间预测值既提高了中长期预测的可靠性和稳定性,同时也提高了预测结果的实用性,对相关部门制定长久、科学、合理的规划提供了重要的借鉴作用。

关键词： 滑动轴承   密封   动力特性   转子稳定性   非定常动网格方法  

摘要： 滑动轴承和密封的动力特性是旋转机械转子系统动力学研究的重要内容。由于现代旋转机械逐渐向高压、高转速和高温的方向发展,滑动轴承与密封流体动力特性对旋转机械工作效率和转子系统稳定性的影响日益突出,开展滑动轴承和密封动力特性研究具有重要的价值。本文开展了旋转机械滑动轴承与密封流体动力特性理论与数值研究。在理论研究方面,首先分析了滑动轴承流体动压润滑理论基础、滑动轴承与密封流体动力学理论基础;建立了滑动轴承与密封流体动力特性理论求解模型,包括转子匀速直线涡动、转子单频和多频涡动动力特性求解模型;最后应用流体激振力做功的方法分析了滑动轴承和密封动力特性对转子系统稳定性的影响。研究结果表明:油膜力的频率与轴颈涡动位移频率相同;滑动轴承动力特性系数的绝对值随着偏心率的增加而逐渐增大;随着轴颈涡动频率和偏心率的增大,油膜力所做负功的绝对值逐渐增大。在平均间隙相等的情况下,收敛间隙孔型阻尼密封的泄漏量小于发散间隙孔型阻尼密封;收敛间隙孔型阻尼密封具有较大的正直接刚度系数,而发散间隙孔型阻尼密封产生较大的正直接阻尼系数。袋型阻尼密封具有较大的指向转子涡动中心的径向气流力以及与转子涡动速度相反的切向气流力,有效降低了转子涡动振幅和涡动速度;转子涡动频率和涡动振幅越大,袋型阻尼密封负气动功绝对值越大,抑振效果越好;当转子正/反进动时,袋型阻尼密封更有利于转子的稳定性。

关键词： Aortic valve   Aortic valve replacement   Surgery  

摘要： Background: The question of which type of prosthetic aortic valve leads to the best outcomes in patients in their 60s remains controversial. We examined the hemodynamic and clinical outcomes of aortic valve replacement in sexagenarians according to the type of prosthesis. Methods: We retrospectively reviewed 270 patients in their 60s who underwent first-time aortic valve replacement from 1995 to 2011. Early and late mortality, major adverse valve-related events, anticoagulation-related events, and hemodynamic outcomes were assessed. The mean follow-up duration was 58.7±44.0 months. Results: Of the 270 patients, 93 had a mechanical prosthesis (mechanical group), and 177 had a bioprosthesis (tissue group). The tissue group had a higher mean age and prevalence of preoperative stroke than the mechanical group. The groups had no differences in the aortic valve mean pressure gradient (AVMPG) or the left ventricular mass index (LVMI) at 5 years after surgery. In a sub-analysis limited to prostheses in the supra-annular position, the AVMPG was higher in the tissue group, but the LVMI was still not significantly different. There was no early mortality. The 10-year survival rate was 83% in the mechanical group and 90% in the tissue group. The type of aortic prosthesis did not influence overall mortality, cardiac mortality, or major adverse valve-related events. Anticoagulation-related events were more common in the mechanical group than in the tissue group (p=0.034;hazard ratio, 4.100;95% confidence interval, 1.111-15.132). Conclusion: The type of aortic prosthesis was not associated with hemodynamic or clinical outcomes, except for anticoagulation-related events. © 2018, The Korean Society for Thoracic and Cardiovascular Surgery.

关键词： MCH   MEP   PES   CCSD(T)   rate constant  

摘要： In this manuscript, we have systematically depicted the theoretical prediction of H-absorption from methylcyclohexane initiated by OH radical. For this we have performed dual-level of quantum chemical calculations on the gas-phase reactions between methylcyclohexane (MCH) and OH radical. Geometry optimisation and vibrational frequency calculations have been performed at BHandHLYP/6-311G(d,p) level of theory along with energetic calculations at coupled cluster CCSD(T) method using the same basis set. All the stationary points of titled reaction have been located on the potential energy surface. It has also been found that the H-abstraction takes place from-CH site of MCH, which is the minimum energy pathway than others. The rate constant was calculated using canonical transition state theory for MCH with OH radical and is found to be 3.27 x 10(-12) cm(3) molecule(-1) s(-1), which is in sound agreement with reported experimental data. The atmospheric lifetime of MCH and branching ratios of the reaction channels are also reported in the manuscript. [GRAPHICS] .

关键词： 水下机器人   模糊控制   机械手   神经网络控制   模型试验  

摘要： 随着陆地资源的不断消耗,人们开始探索新的资源。海洋蕴含着丰富的资源,水下机器人作为水下探测的重要工具正在被人们不断地研究。水下机器人及其机械手可以在水下完成一系列复杂的作业任务,极大地提高了水下作业的效率。为了使水下机器人在水下作业时保持较好的操纵准度,本文基于水下机器人的潜浮、进退和横向运动设计了模糊控制器,通过数值仿真和水下模型试验验证了控制器的有效性。同时,设计神经网络控制方法实现对UVMS(水下机器人机械手系统)的机械手的运动跟踪控制。本文在绪论中描述了水下机器人的概念及其分类,探讨了水下机器人及其控制算法的研究动态,并介绍了水下机器人机械手及其控制算法的研究动态。依据水下机器人的结构特征以及实际的运动情况,对水下机器人在水下所受的重力、浮力、推力以及流体水动力进行详细的分析,建立了其运动模型,为后续的模糊控制奠定了基础。基于UVMS的结构特征与运动情况,建立了其运动和动力学模型。接着介绍了模糊控制算法,结合水下机器人的运动特征,对模糊控制器的结构和控制规则进行研究,并基于水下机器人的运动模型建立了模糊控制系统,设计了模糊控制器并进行控制仿真实验,验证模糊控制方法的正确性和有效性。然后基于UVMS在水下操纵的特征,设计神经网络控制器实现对机械手的跟踪控制。为了保证控制器的鲁棒性,Lyapunov设计被应用到其中。为了检测所设计的控制器的有效性,设定了水下机器人机械手的具体参数,通过软件仿真的结果验证了神经网络控制方法相对于PD控制方法更具有优越性。最后,搭建实验平台。以本课题组的ROV(缆控水下机器人)为试验对象进行模型试验,验证本文所设计的模糊控制器的可行性。

关键词： 柔性机械臂   高模动力学   Duffing振子   耦合模态   振动控制  

摘要： 机械臂的柔性是工业机械臂和空间机械臂向轻量化、高速、高精度、高可靠性发展的重要研究方向,然而驱动命令引起的振动降低了柔性机械臂的位置准确性以及控制精度,寻求高精度的模型和控制效果更好的控制器是解决这个问题的关键。本论文分别对柔性机械臂的动力学模型以及新的控制方法进行了研究,论文具体的研究方法、科学贡献及结论将从以下几个方面论述。本论文研究了单连杆柔性机械臂无穷模态的高模动力学及振动控制问题。前面学者研究主要研究第一模态的振动及控制问题,我们在研究中发现,当梁的长度较长以及检测关注点为梁的中部时,高模激励的振动对系统动力学有较大影响,不能被忽略。然后针对高模动力学特性设计了连续函数控制器,最后通过仿真和实验的方式验证了新控制器的有效性以及对系统误差的强鲁棒性。本论文研究了单连杆柔性机械臂无穷模态Duffing动力学及振动控制问题。前面学者对柔性机械臂的研究中很少涉及Duffing振子的动力学,我们在研究中提出了柔性机械臂无穷模态的Duffing动力学模型,并研究了其动力学特性,然后针对Duffing振子设计了SMD控制器和MMD控制器,最后通过仿真和实验的方式验证了两个控制器能有效抑制Duffing振子系统的振动及对系统误差的强鲁棒性。本论文研究了单连杆柔性机械臂的耦合模态动力学问题,前面学者对柔性机械臂的研究中很少涉及模态之间相互耦合的问题,我们在研究中提出了柔性机械臂前两个模态之间相互耦合的动力学模型,并通过仿真分析了动力学特性,然后验证了该模型比线性模型更为精确,最后给出了模型的自由振动求解。本论文研究的成果不仅能应用于工业机械手以及空间机械臂的振动控制,而且能应用于其他诸如塔式吊车,桥式起重机,直升机吊挂,贮箱液体晃动等领域的振动控制,具有重要的研究意义和价值。