关键词： 齿轮传动   非线性振动   间隙非线性振动  

摘要： 文中围绕圆柱齿轮系统非线性动力学问题，说明了齿轮系统啮合过程非线性振动的基本概念，包括基本的力学模型、数学模型、不同类型的分析系统和求解方法；然后分别介绍了齿轮啮合刚度参数振动问题和齿侧间隙非线性振动问题。

ISBN: (纸本)9787111397373

关键词： 机械密封   CFD   腔内介质物理场   热流固耦合   液膜特性   固有振动特性  

摘要： 机械密封装置是动力装备安全运行的重要屏障。高压、高温、高速、高腐蚀等极端工况易造成密封端面的温升过大，将引起密封副形成热锥面或波度、非正常的热磨损及热腐蚀、热裂或龟裂及端面间液膜失稳等失效现象。 本文以石化行业热油泵用高参数波纹管机械密封为研究对象，首先建立了密封腔内工作流场的三维数值模型，设置了边界条件初始条件后，基于计算流体动力学(C FD)数值计算法，选用基压式求解器及RNG k ε湍流模型，通过求解工作流场的三维N S方程、能力方程及连续性方程，得到了工作流场及密封副与接触面处的压力梯度云图、速度梯度云图、温度梯度云图、流场区域的涡量分布、质点运动迹线云图、湍动能及湍能耗散率等热流体动力物理场特性分布，与此同时，得到了上述参数的矢量图、等值线图。 基于腔内流场的热流体动力学特性的研究，建立了以腔内介质、动环、静环及冲洗介质等部分为整体的数值计算模型，实现了热、流、固多场耦合数值计算。首先分别建立了各部分的数值模型，将高参数工况的物料属性及模型的边界条件写入了数值计算模型，其中在流固交界面设置了实际工况热对流系数，选用合理的压力松弛因子及差值格式后，计算得到了液膜的压力梯度及压力系数、摩擦力及摩擦扭矩、温度梯度分布以及液膜质点的运动迹线等流场特性参数分布规律；得到了动、静环的热荷载轴向及径向的梯度分布特性，基于有限元算法，通过求解物理方程、几何方程、虚功方程，得到了在热荷载作用下的动、静环轴向及径向的热应变、热应力及热变形。另外，基于有限元动力学分析原理，数值计算了预热荷载作用下的动环的模态分析，并将其与无热荷载因素下的结果进行了对比分析，得到了密封副在高参数工况下的振动机理。 通过对不同工况条件下的数值计算结果的对比分析，得到了主轴转速、密封压力、介质粘度、介质温度及液膜膜厚等因素对于液膜热流场物理特性、对动、静环的热变形及热应力以及对于动环振动特性的影响规律，这为高参数极端工况下所用机械密封的优化设计提供了依据。

关键词： 课程设计   动力机械及工程   实践教学  

摘要： 课程设计是工科专业实践教学的重要环节。以动力机械及工程专业课程设计为例,分析了改进前课程设计和存在的问题,并结合指导课程的实践经历,分析了课程设计的改革思路和实施方法,经过实践探索证明了其是行之有效的教改方式。

关键词： 机械系统属性   解析建模   Udwadia-Kalaba方程   模糊不确定性   最优鲁棒控制   轨迹跟随   约束跟随  

摘要： 模型的不确定性在控制系统中广泛存在。如何在模型不精确和/或存在其他不确定性因素的条件下使系统仍能保持预期的性能表现，是现代控制理论的主要研究内容。基于模型的控制器设计是控制理论研究的重要手段，控制器设计需要解析形式的动力学模型。当前机械系统动力学建模方法在求取复杂多体机械系统动力学模型时，或者操作困难，或者所得动力学方程非解析形式，不能够很好的服务于控制器设计。控制学界处理系统不确定性控制的方法中，基于不确定性边界信息的鲁棒控制和基于随机不确定性的控制是迄今为止最为成功的两种。然而，基于不确定性边界信息的鲁棒控制方法使得被控系统一般不工作在最优状态；基于随机不确定性的控制理论虽具有成熟的理论体系，随机理论描述真实世界不确定性的有效性却得到质疑。模糊集理论表述系统不确定性具有众多优势。 本文针对上述问题，系统研究了机械系统解析建模新方法和模糊不确定性系统控制新理论。本文主要研究内容及创新点如下： 1、提出了一种多体机械系统动力学层级建模方法，提供了一种理想约束下复杂多体机械系统的动力学解析建模的便捷途径。该方法基于Udwadia-Kalaba方程，提出了分层级建立机械多体系统解析动力学方程的方法。与现有的动力学建模方法相比，该建模方法操作简单、不使用辅助变量且可以获得解析形式动力学方程，有效地简化了复杂多体系统的动力学解析建模。 2、提出了含摩擦机械系统摩擦接触处正压力解析建模方法，从动力学角度解决了非理想约束下机械系统摩擦力解析建模问题。本文给出了摩擦力的解析表述形式，可有效提升机械系统建模精度，有效弥补了以往控制设计中摩擦力建模时假定接触处正压力为恒定值的缺陷。 3、使用模糊集理论表述系统参数不确定性，提出了（一阶）模糊动力学系统模糊不确定性最优鲁棒控制理论。该模糊动力学系统可以具有非线性不确定性。不同于以往基于IF-THEN规则的模糊控制，该理论使用确定性的控制设计驱使系统具有确定性的系统响应。系统的模糊不确定性信息被用于控制增益的最优化设计。文中基于特定的模糊系统性能指标将该控制优化设计转化为一约束最优化问题，证明了该最优解存在且唯一，并给出了该最优解和最优系统性能指标的解析表述。 4、本文系统研究了机械系统属性，提出了机械系统惯性矩阵可能非正定性及惯性矩阵上边界的多项式界定属性。本研究弥补了以往研究人员对于机械系统惯性矩阵上下界定属性研究的不足。机械系统惯性矩阵上边界多项式界定属性对于构建有效地Lyapunov候选函数具有重要作用。 5、本文使用模糊集理论表述（二阶）机械系统不确定性（即模糊机械系统），提出了机械系统模糊不确定性最优鲁棒控制理论，处理了机械系统最优鲁棒轨迹跟随控制和最优鲁棒约束跟随控制研究。研究中充分利用机械系统各固有特性，将跟随误差作为控制变量，使得该模糊机械系统在基于模糊信息的最优控制的基础上得到确定性的跟随特性。本研究还创新性地将模糊不确定性与约束系统动力学Udwadia-Kalaba方程结合用于鲁棒约束跟随动力学控制。该研究是（一阶）模糊动力学系统控制的延伸和深化。 以上研究内容及创新点系统提出了机械系统解析建模方法和系统模糊不确定性最优鲁棒控制理论，文中针对每个创新理论或方法均提供了应用示例以验证其科学有效性。本研究为机械系统动力学建模提供了新的方法，并为不确定性系统控制提供了新的思路，具有较好的学术价值和实用价值。

关键词： 发动机地面试验   固体火箭发动机   航天动力   机械测试   内蒙  

摘要： 中国航天科工集团第六研究院六。一所(又名内蒙航天动力机械测试所)创建于1965年,是我国第一座大型固体火箭发动机地面试验基地。经过四十多年的发展,六。一所现建有500KN、800KN,3600KN试验台和1000KN高空模拟试验台,拥有国内先进的高过载试验台,

关键词： 输电线路   脱冰跳跃   除冰   机械式除冰装置   数值模拟  

摘要： 在特定的温度和风等自然条件下，输电线上的覆冰会融化脱落，从而引起电线的上下振动和横向摆动。输电线覆冰脱落可能引起闪络、跳闸、烧伤电线等电气事故，甚至导致金具损坏、断线、杆塔折损、倒塔等机械事故，严重影响输电线路的安全运行。因此对输电线路脱冰动力响应问题及其除冰技术的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。 本论文首先研究并获得了利用ABAQUS有限元软件模拟输电线路覆冰脱落动力响应的数值模拟方法。通过将桁架单元设置为材料不可压缩，得到模拟覆冰导线的索单元，进一步利用等效密度和等效惯性加速度的方法模拟输电线路的覆冰荷载、风荷载以及导地线的脱冰荷载等，利用文献中脱冰跳跃模拟实验结果验证了方法的正确性。 以某500kV同塔双回输电线路为研究对象，采用数值方法对塔线体系在覆冰、脱冰以及风荷载组合工况下的安全性进行全面地研究。首先建立包括输电杆塔、导地线、绝缘子串和间隔棒等金具在内的塔线耦合体系精细有限元模型。数值计算塔线体系覆冰后的应力分布，模拟得到覆冰脱落后输电杆塔和导地线的动力响应，进而分析研究塔线体系的安全性。结果表明，所研究线路在覆冰和脱冰跳跃过程中塔线体系是安全的。此外，将塔线耦合体系中导地线脱冰后的动力响应计算结果与不考虑杆塔变形的导地线模型模拟结果进行比较，得出杆塔变形对导地线脱冰动力响应影响很小的结论。 利用导线模型模拟了不同参数条件和脱冰工况下导线的脱冰动力响应，得到耐张段档数、脱冰率、档距、覆冰厚度、风速、高差、绝缘子串长度、导线型号和子导线根数等因素对导线脱冰后最大冰跳高度和横向摆幅的影响规律。结果表明，最大冰跳高度和横向摆幅均随档距和脱冰率的增加而增大，而耐张段档数、高差、绝缘子串长度和子导线根数等对其值影响较小。基于数值模拟结果，得到导线脱冰后最大冰跳高度与其脱冰前后静止状态下弧垂差之间的线性关系，以及风荷载作用下导线脱冰后最大横向摆幅与其脱冰前后平衡状态下风偏改变量之间的线性关系，进而给出连续档覆冰导线最大冰跳高度和横向摆幅的简化计算公式。利用该简化计算公式可以简化高压输电线路导线之间以及导地线之间绝缘间隙的设计。 研究了覆冰导线机械式除冰过程的数值模拟方法。用相互平行且共用节点的两层单元分别模拟导线和覆冰，实现导线覆冰状态的模拟。覆冰采用多孔弹性模型，考虑温度和孔隙率对其力学行为的影响，并引入拉伸破坏准则判断覆冰的失效。编写了ABAQUS有限元软件的用户材料子程序VUMAT，利用VUMAT定义覆冰的本构模型和删除破坏单元。模拟研究了不同孔隙率、环境温度、耐张段档数、档距、覆冰厚度、冲击载荷大小等条件下覆冰单导线的冲击除冰过程。模拟结果表明，覆冰孔隙率较小时可将其简化为弹性体，孔隙率较大时采用多孔弹性模型与实际更接近。温度变化对除冰效果的影响很小，而冲击载荷幅值、档距和覆冰厚度等对除冰效果的影响明显，在设计机械式冲击除冰装置时应予以考虑。 提出一种覆冰四分裂导线机械式除冰装置设计原理，该装置可以替代冰区分裂导线的相内间隔棒，具有经济、安全等特点。实现该机械式除冰装置除冰过程的数值模拟方法，模拟研究了该装置的可行性和除冰效能。讨论了除冰装置张开位移、除冰装置安装个数、档距、覆冰厚度和耐张段档数等对除冰效果的影响规律，所得结果可以为四分裂导线机械式除冰装置的设计提供参考。

关键词： 富营养化   沉水植物   苦草   联合仿真   多体系统动力学  

摘要： 在水生态方向上，水污染问题是最重要的问题，而水体富营养化是最为重要的一种水污染形式。此次研究的目的在于找到一种方法改变东湖水体富营养化的现状乃至改变淡水湖泊水体的富营养化趋势从而修复水体的生态平衡。针对此目的，本文设计了一种新型苦草种植机械用于提高水生植被修复的工作效率，并建立其虚拟样机模型进行动力学分析与优化设计。 所完成的主要工作包括：从水体富营养化开始讨论，提出修复水生植被的方式改善水质环境，通过对武汉东湖的采样数值分析得出东湖的富营养化指数，选用水生植被当中的沉水植物作为修复东湖水生态的基础对象，着重分析了沉水植物苦草对富营养化水体的水质改善效果，得出苦草种植在富营养化水体中的重要性。以四杆机构为设计理论依据，以苦草为种植目标通过三维软件SolidWorks设计了一种新型苦草种植机械作为水生态修复的工具，通过简化的数学模型推导了机械在植苗过程中幼苗的运动轨迹方程。针对部件设计的特殊性，通过对建立的分类管理，引进PIM模型导入法，直接实现了SolidWorks与ADAMS联合仿真，并结合苦草种植机械的动力学仿真的结果，为该设备的结构优化设计提供方案参考。本文的研究工作表明，通过水草种植等生态修复手段有助于对水体富营养化的改善，而此次设计的苦草种植机械可以大为提高沉水植物——苦草种植的工作效率。

关键词： 航天动力   机械测试   发动机地面试验   内蒙  

摘要： 中国航天科工集团第六研究院六〇一所(又名内蒙航天动力机械测试所)创建于1965年,是我国第一座大型固体火箭发动机地面试验基地。经过四十多年的发展,六〇一所现建有500KN、800KN、3600KN试验台和100

关键词： 自由浮动   刚柔耦合空间机械臂   动力学建模   轨迹跟踪控制   振动控制   混沌识别   混沌控制  

摘要： 随着航天技术和机器人技术的不断发展，自由浮动空间机器人越来越体现出其在空间在轨服务中的优越性，是空间技术的重要发展方向。而其中自由浮动柔性空间机械臂具有质量轻、操作空间大、发射成本低等特点，成为当前空间机械臂技术研究的热点。然而，由于空间柔性机械臂在运动中会产生扭曲、弹性、剪切等变形，给这类柔性机械臂的分析和控制带来了许多困难。把冗余度机器人和柔性机器人两方面的研究结合起来，利用机器人的冗余特性能够克服柔性机械臂在运动过程由弹性振动引起的末端误差和运动结束后的余振等问题。本文以一种平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂为研究对象，对其建模与控制进行了深入研究。 首先，基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒，推导了一种平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂操作末端刚性负载的动力学模型。 其次，在该空间机械臂动力学模型的基础上，针对末端刚性负载的轨迹跟踪和柔性连杆的弹性振动问题，本文分别设计了基于滑模控制，终端滑模控制，非奇异终端滑模控制以及PID积分滑模控制下，结合主动抑振控制和末端作用力的比例积分控制的混合控制，同时利用模糊理论消除滑模控制的抖振，分析各种控制方法的优缺点，并通过仿真实验验证控制方法的有效性。 再次，基于最小关节驱动力矩优化的建立平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂的混沌动力学模型，然后应用鲁棒补偿控制器调节其末端执行器的跟踪控制，得出了基于鲁棒控制器的角加速度反解表达式，并将其转换为状态方程的形式并在此基础上进行仿真来预测系统中的混沌现象。针对空间机械臂混沌动力学模型中的混沌现象，分别设计线性和非线性延迟反馈控制抑制混沌。通过数值仿真验证了控制方法的有效性。为开展其它更复杂的高冗余度、柔性、双臂自由浮动空间机器人系统中存在的混沌现象的研究工作奠定了基础。 最后，基于Matlab中的GUI设计了平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂动力学系统的可视化仿真平台，形象说明该空间机械臂系统各部分的运动情形。