关键词： 柔性机械臂   振动控制   最优控制   边界控制   冲击减振器  

摘要： 在自动化生产行业中,柔性机械臂由于质量轻便,耗能低等优点在空间探测,自动化制造,建筑,采矿,危险作业等许多领域都得到广泛应用,但柔性机械臂在应用过程中会因为自身的弹性振动问题影响其运动速度和定位的准确性,降低工业生产的质量和效率。振动问题成为制约柔性机械臂实现高速度和高精度目标的主要障碍,所以如何抑制柔性臂在运动过程中产生的振动是一个迫切需要解决的难题。本文首先根据柔性机械臂的物理特征将其视为Euler-Bernoulli梁进行分析,应用力学相关知识求出柔性机械臂的弯曲振动方程,得到振型函数和固有频率;利用拉格朗日方程对柔性机械臂整个系统建立动力学数学模型,将其转化为状态空间方程;采用模态截断的方法对运动系统状态空间方程简化,并用Simulink对模态截断方法的精确性进行了验证。其次,将线性二次最优控制方法应用到柔性机械臂减振策略中,建立相应的目标函数;为探究加权矩阵中各元素取值对控制效果的影响,设置多组数据进行数值仿真,根据仿真结果总结各系数影响规律;选择适当的数值作为加权矩阵中的元素,然后利用二次线性最优控制对机械臂的振动进行控制,通过仿真验证其有效性。然后,利用分布式参数边界控制方法对机械臂的振动进行抑制。在机械臂系统拉格朗日动力学方程的基础上应用Hamilton方法列出具体的偏微分方程;根据控制要求设计Lyapunov函数进而构造相关控制率,将只受关节力矩控制下的柔性臂与受关节力矩和末端边界控制的柔性臂动力学响应作对比,验证了末端边界输入对柔性机械臂振动控制的有效性。最后,采用在机械臂上加装冲击减振器的方法进行振动被动控制,对冲击减振器作用下的机械臂系统进行动力学特性分析。通过理论计算与数学推导得出线性阻尼减振器与机械臂碰撞过程中系统的动力学方程,利用简单实验验证了数值计算过程的准确性以及减振器的减振效果;通过观察主体振动时冲击减振器中所储存的能量来检验非线性吸振器减振效果,对系统响应和非线性减振器能量吸收值进行数值仿真,并对减振效果进行说明。

关键词： 旋转机械-气囊隔振系统   非线性振动   多尺度法   稳定性   久期项  

摘要： 气囊隔振器具有承载能力大、固有频率低、驻波频率高、高频隔振性能好等特点,被广泛应用于舰船等大型旋转机械设备的振动控制当中。研究表明,充气压力对气囊的刚度起到决定性的作用,随着充气压力的增大,气囊刚度也在逐渐增大,并且呈现出一定的非线性特性。本文对船用旋转机械一气囊隔振系统的动力学特性进行了深入的研究。首先将气囊隔振器嵌入到船用旋转机械系统当中,考虑到气囊刚度所具有的非线性特性,引入了具有线性阻尼的三次弱非线性的弹性力来模化气囊的弹力,基于拉格朗日方程建立了船用旋转机械-气囊隔振系统的动力学模型,推导了系统的运动微分方程。采用多尺度法分析并探讨了系统在非共振、主共振、超谐波共振、亚谐波共振以及组合共振情况下的非线性动力学特性。主要工作归结如下:(1)分析了系统在非共振情况下的动力学行为,消除久期项,得到了系统在垂直方向与旋转方向上的一次近似解。介绍了求解系统动力学微分方程的数值方法,并对动力学方程进行无量纲化处理。选取合适的参数,采用数值方法介绍了系统在非共振情况下的动力学特性。将所得到的近似解和数值解进行比较,验证了多尺度方法的正确性。(2)研究了系统在主共振情况下的动力学特性,即派生系统的固有频率接近系统外激励频率时系统的动力学特性。对多自由度系统的主共振情况进行了简要的介绍,通过消除久期项的条件,得到系统在主共振情况下稳态响应的频率与幅值的关系,并求解特征方程判断系统在主共振情况下定常解的稳定性。(3)分析了当派生系统的固有频率接近外激励频率的二倍和二分之一倍时系统的动力学特性。首先讨论系统的二次超谐共振,通过消除久期项的条件,得到系统稳态响应的幅频响应方程,判断系统在二次超谐共振情况下定常解的稳定性;接着讨论当派生系统的固有频率接近外激励频率的二分之一时的亚谐波共振,通过消除久期项的条件,分析了系统在二分之一次亚谐波共振下的动力学特性。(4)讨论了系统在参激组合共振下的动力学特性,即派生系统的两个固有频率的和接近外激励频率时的加法型参激组合共振,以及当派生系统的两个固有频率的差接近外激励频率时的减法型参激组合共振。与前面类似,采用相同的方法得到系统稳态响应的幅频关系,并判断定常解的稳定性。

关键词： 工程机械   推土机   动力匹配   神经网络  

摘要： 随着我国经济的快速发展,工程机械扮演的地位逐渐重要起来,并且被广泛应用于开矿,建筑等工程建设相关产业。但是工程机械在运行的同时也会带来很大的环境污染问题,包括有害排放物和能源危机两个主要方面。工程机械的发动机排量较大,工况恶劣,在高负载状态下的油耗也相对较高,高油耗所带来的环境污染因素有以下几点:从环境方面来说,首先,工程机械在运行过程中,会排放出大量温室气体CO2,造成地球环境变暖进而引发温室效应;其次,发动机在运行过程中会排出NOx,SOx等有害物质,这些物质是酸雨的形成因素;除此之外,当燃料燃烧不充分时,所排出的颗粒物是引发雾霾的因素之一,这些物质的排放进一步加剧了环境的恶化;另外,工程机械在工作过程中,会产生大量的噪声污染,这些噪声污染会给人民的生活带来极大的不便,这一点也是也是不可忽视的。从能源危机方面来说,目前我国正面临着日益严峻的能源紧缺问题,比如,石油开采过度,可替代能源的开采量又不足。能源危机的加剧,使得人们开始慢慢从事与节能减排有关的活动,国家同时也采取了各种措施及来维持可持续发展。由上述环境污染问题可知,环境保护问题是急需解决的问题,而工程机械和乘用车中的发动机排放是环境污染的几大主要污染源之一,因此工程机械的节能减排的研究价值逐渐显现出来。为了解决环境问题,维持可持续发展,本文着手从工程机械动力总成匹配的优化方面进行研究。研究过程中,所做工作如下:(1)本文通过查阅文献的方法,结合以前的研究人员对工程机械动力传动系统的研究成果,分析了他人在工程机械的动力匹配中研究的过程及采用的方法,并通过总结归纳寻找出了前人在动力匹配方面所做研究的优点与不足,为自己的论文工作做好准备,并把改进其中的不足作为本文论文的创新点。(2)本文通过参考目前各高校所研发的液力机械传动计算软件,归纳各软件中较好的算法,之后自行研发了一款具有实用价值的动力匹配软件。该软件具有多种功能:该软件可以进行发动机和液力变矩器的共同工作点的计算;该软件在有车辆性能参数的情况下还能进行最大牵引力、最高车速、加速性能等动力性匹配计算;并且该软件还可以对工作循环进行油耗量的拟合,通过处理发动机运行过程中的转速扭矩等数据,求取工作循环中的油耗量。利用该软件,能方便的对工程机械的传动系统进行匹配计算,对工程机械的研发厂家具有指导意义以及实用价值。(3)在拟合过程中,发现该软件的计算油耗量和实验数据的实测油耗量有差距,在确定边界条件设置无误的情况下,推断该差距是由静态和动态的差距引起,考虑到神经网络的学习性和适应性,采用神经网络对该软件的油耗拟合进行修正。在修正的过程中,建立由计算油耗值到实测油耗值的神经网络模型,并测试不同的神经网络参数对训练过程的影响,通过对比不同的参数对神经网络调试的影响,选取出了训练效果最好的神经网络做为最终结果。最后,通过实验验证了神经网络模型的有效性,可用于后续油耗量的修正计算。

关键词： Chain branching   polyethylene (PE)   mechanical properties   molecular dynamics (MD) simulation   atomic scale  

摘要： The effects of length and content of chain branching on the mechanical properties of polyethylene (PE) in atomic scale were examined by molecular dynamics (MD) simulations. Methyl-, ethyl- and butyl-groups were adopted as branched chains to distribute along PE backbones. Plastic flow deformation was captured by providing a uniaxial tensile loading at a given strain rate, which shows the characteristic of rate dependence. Current results are in reasonable agreements with existing experimental data. The statistical results show that the longer length of chain branching induces lower equilibrium density and higher yield strength of branched PE. In addition, higher content of chain branching brings higher equilibrium density and lower yield strength of branched PE. It is assumed that the distribution of dihedral angles influences the deformation of PE definitely. The non-bond interactions contribute to the load-bearing capacity of PE largely. Branched PE shows big differences on mechanical behaviours comparing with the linear one. Chain branching distribution also greatly affects the performance of PE, which needs a further discussion.

关键词： 同步性   稳定性   幅频响应   耦合动力学   多共振类型  

摘要： 工程中有大量的振动问题需要人们探讨、了解和分析,尤其是近现代机械结构正朝着高速度、微型化和大型化等方向发展,进一步研究振动同步的理论并拓宽其领域,来满足工程中的实际需要,是当前振动利用工程领域的研究热点之一。目前在许多工业部门,利用振动同步原理设计的自同步振动机械已经得到广泛应用,在一定程度上创造出巨大的经济和社会效益。许多学者集中于二机和多机驱动的振动系统在超共振及超远共振状态的同步理论研究,而对不同共振状态(如亚共振)的同步理论研究较少。因此不同共振条件下的同步稳定状态及其耦合动力学特性的研究,具有一定的学术价值。本文以“多共振类型机械系统的振动同步与耦合动力学特性”为课题,提出三组新型典型振动机械系统动力学模型:圆周运动同向回转四机驱动单质体动力学模型、水平直线运动四机驱动三质体动力学模型、竖直与水平的组合直线运动双机驱动多质体动力学模型。详细研究他们在多种共振类型条件下的振动同步理论,具体内容如下:(1)绪论部分概括总结了选题背景、同步理论在国内外研究现状以及本领域内的发展现状,并指出与本文相关的一些预备知识。(2)以圆周运动同向回转四机驱动单质体动力学模型为研究对象,重点研究四机驱动单质体运动双共振类型条件下同步理论,理论上得出系统实现同步的两大判据。其中,同步性判据与驱动电机本身特性有关,该判据在电机静态输出与激振器外部耦合之间建立一种平衡关系,基于这种平衡关系可得到系统多个平衡点,以此实现同步;针对这些平衡点,有些是稳定的,有些是不稳定,判断哪一个平衡点稳定则需要依据劳斯-胡尔维茨准则来得到系统稳定性判据。通过数值计算得到振动系统在多种共振类型条件下的稳定相位差、最大耦合力矩以及同步性能力系数曲线。通过仿真分析验证所用理论分析方法的正确性。研究结果表明,在过共振区域,四激振器之间的稳定相位差为180°和90°,即系统存在两个并行同步稳定平衡点,这种现象称为非线性系统的多样性。亚共振区域,四激振器之间的稳定相位差在0°附近,系统的振动能量实现正向叠加,而在过共振区,不能实现激振器间零相位差,导致激振力相互抵消,要想保证共振区激振力的正相叠加,应采用控制同步的方式才能实现。(3)以水平直线运动四机驱动三质体动力学模型为研究对象,研究该类动力学模型在不同共振条件下的同步理论。理论上推导出系统实现同步的同步性判据和同步状态下的稳定性判据的简化形式解析表达式,以此分析并讨论了系统的耦合同步机理。数值上分析并讨论了系统中激振器与激振器之间、各个质体之间以及激振器与质体之间的相位关系,同样也讨论了三质体间相对运动的幅频特性、耦合力矩等特性;通过四阶-龙格库塔仿真程序验证了理论研究结果的正确性以及所用理论研究方法的可行性。通过上述研究也发现了非线性系统的多样性现象,而系统处于稳定状态下的相位差为0°、0°、180°。系统工作点选择在该区域,能够实现机体上部两个工作体反相位的水平直线运动,即上部两个工作体水平方向的力相互抵消,该种运动形式不仅能够保证机器产量相对提高一倍,而且可以巧妙利用系统的这种同步稳定点的特性来解决了系统隔振问题。(4)以竖直与水平的组合直线运动双机驱动多质体动力学模型为研究对象,着重研究双机驱动多质体运动的同步理论。理论上推导出系统实现同步的两个理论判据,系统固有频率将不同共振区域划分为若干子区域。数值上分析了在不同的系统共振子区域内激振器与激振器之间相位差、各个质体的相位滞后角、同步性能力以及稳定能力系数等特性。最后通过仿真,进一步验证了理论研究方法的可行性及所得研究结果的正确性。根据生产实际需求,我们可以选择合适的工作子区域,以此保证所需要的运动学参数。最后总结全文所做的工作,同时指明下一步需开展的研究。

关键词： 药物筛选   细胞机械特性   动力学建模   系统辨识  

摘要： 细胞是构成生命体的基本单元，且包含生命体的全部生物学信息。细胞的机械特性与细胞生理状态及生物学行为之间有着密切的联系，比如细胞分裂、细胞生长、细胞分化、细胞迁移等。因此细胞的机械特性可以作为一种反映细胞信息的自然的生物学标记。此外，细胞的机械特性还与人类的某些疾病的产生与发展有关。建立单细胞机械特性的数学模型将对理解单细胞的行为学和某些疾病的产生机理有很大的帮助。然而，单细胞内部却有极其错综复杂的信号传导通路网络。从机理上研究，建立单细胞机械特性的数学模型将非常困难。本文从系统科学的观点出发，利用系统辨识的方法，建立细胞机械特性的数学模型。在此基础上，开展了基于细胞机械特性模型的组合药物优化筛选方法、细胞分类与生理状态表征等研究工作。本文具体开展研究工作如下。　　(1)提出了基于系统科学的单细胞机械特性动力学建模方法:针对传统的单细胞机械特性模型的特点，基于系统辨识的方法，提出了单细胞粘弹性动力学建模方法。　　(2)提出了基于Markov随机过程的组合药物优化筛选方法:在单细胞机械特性模型基础上，提出了针对组合药物筛选的优化算法。并且通过仿真对该算法的准确性和快速性进行验证。　　(3)实验、模型验证与应用:利用原子力显微镜获取单细胞的机械特性曲线，在细胞机械特性动力学模型的基础上进行模型验证。并且利用该模型实现了细胞分类，细胞生理状态表征等应用。　　综上所述，本文对单细胞机械特性进行了动力学建模与分析，并在此基础上进行了模型验证与应用。本文为单细胞机械特性的研究提供了理论基础，和基于细胞机械特性系统模型的潜在的临床应用。

关键词： 卓越工程师教育培养计划   材料成型及控制工程  

摘要： 2014年1月原机械与材料学院更名为机械与动力学院,学院现设有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程、工业工程、能源与动力工程、核工程与核技术六个本科专业,其中机械设计制造及其自动化为国家特色专业、第二批卓越工程师教育培养计划专业和省本科品牌专业,材料成型及控制工程为第三批卓越工程师教育培养计划专业。拥有机械工程一级硕士点、机械工程专业学位点、机械工程

关键词： 电子机械制动系统   制动力分配   直道制动   弯道制动稳定性控制   PID控制器  

摘要： 汽车电子机械制动系统,其以驱动电机对车辆提供制动力并实施制动,以信号线和传感器等代替液压管路,简化了整车制动系统,结构紧凑易于融入整车电子通讯网络,易于与ABS、ESP等控制方式相结合。由于电子机械制动系统响应迅速,性能稳定,节能环保,已然成为了制动系统研究的新方向。本文主要就汽车制动力如何在线控制动系统汽车的四个轮上进行合理分配做出研究。首先对线控制动系统的整体结构和工作原理进行介绍。针对目标车辆,设计了相匹配的EMB执行器,并对其物理特性进行理论分析,建立了制动器的仿真模型。采用基于PI控制方法的三闭环控制系统,提高制动器的制动性能。利用CarSim软件建立汽车模型,为制动力分配策略仿真做准备。其次,基于车轮制动力正比于车轮垂直载荷,提出汽车在直道上的制动力分配策略。由于垂直载荷估计误差的存在、整车重量的改变,提出了根据轮速的差异来调节制动力的方法,合理分配制动力,使各车轮的轮速接近相等。建立直道制动力分配策略仿真模型,仿真结果表明直道制动力分配策略的效果比较理想。最后,分析汽车弯道制动影响稳定性的原因,以横摆角速度和质心侧偏角为控制量设计了弯道制动稳定性PID控制器,借鉴直道制动力分配方法设计了弯道制动的基准制动力矩分配,通过目标车轮制动力矩控制策略实现弯道制动力分配和稳定性控制。在干沥青路面和湿沥青路面两种行驶工况下进行了仿真,其结果证明了汽车弯道制动力分配和制动稳定性控制策略的有效性。

标准号: GB/T 35147-2017

摘要： 本标准规定了在石油、石化和天然气工业中两个机器旋转轴之间传输动力联轴器的一般用途。该应用通常指联轴器在不超过4 000 r/min的情况下传输动力，两机器(刚性轴机器)之间的一阶横向振动临界转速高于运转速度范围。若达成一致，可适用于以上限制之外的应用。本标准涵盖联轴器的设计、材料、检验、试验，以及连接传动轴的方法(包括锥形套筒和其他专用装置)。

标准号: GB/T 35381.8-2017

摘要： GB/T 35381规定了农林拖拉机及悬挂、半悬挂、牵引或自走式机具的串行控制和通信数据网络，其目的是标准化传感器、驱动器、控制元件,信息存储和显示单元之间的数据传输方法和格式，这些器件安装在拖拉机或悬挂机具上或是其上的标配。GB/T 35381的本部分推述了拖拉机和自走式机具所要 求的消息。