基于虚功原理的Stewart-Gough型并联机构的逆动力学研究

为了提出一种更为简便的系统方法用于对Stewart-Gough型并联机构的动力学逆解问题进行求解,采用矢量法研究Stewart-Gough型并联机构的运动学,在运动学的基础上,基于虚功原理和雅可比矩阵理论,建立Stewart-Gough型并联机构的动力学方程,将Stewart-Gough型并联机构的动力学方程缩减为一组包含6个未知数的6个线性方程.最后,编制了一套计算程序用于求解并联机构的逆动力学,通过仿真得到了动平台的动力变化曲线.由于采用了雅克比矩阵方法,而不用去求偏速度和偏角速度,使并联机构的动力方程更为简洁.     

五自由度船舶靠泊装置机构设计及运动分析

为提高船舶靠泊安全系数，减少大型船舶靠泊事故的发生，设计一种以两转动一平移3-RPU并联机构为主体结构的5自由度船舶靠泊装置。基于螺旋理论和修正G-K公式，计算出并联机构的自由度；利用齐次位姿变换建立各连杆矢量方程，推导出并联机构位置正反解数学表达式，基于位置反解表达式求出并联机构的雅克比矩阵，根据雅克比矩阵对3-RPU机构的三类运动学奇异性进行分析；建立机构驱动关节速度与动平台速度之间的关系，对正反解的研究结果进行数值验证，并运用MATLAB对位置和速度反解进行仿真；采用蒙特卡洛法求解并联机构的可达工作空间，并运用MATLAB编程绘制出工作空间三维图和截面图，验证了3-RPU并联机构的可行性，为3-RPU并联机构的应用提供理论依据。     

船用波浪补偿稳定平台的稳定性研究

对于船用波浪补偿稳定平台,由于机构复杂,耦合度/非线性高,因此建立准确的动力学模型是实现补偿稳定控制的前提。论文研究的波浪补偿稳定平台以Stewart平台为主体,基于其机构的特点及运动耦合性,通过欧拉角坐标转换法,运用运动学逆解分析其运动特性,求得机构的Jacobi矩阵;采用Lagrange方程从能量的观点求出机构完整的动力学方程,得出"惯量"为主要的耦合量;运用微分几何控制法解耦,得到上平台的运动规律。通过理论仿真与试验分析,验证了所建的动力学模型的正确性,为实现波浪补偿稳定平台高精度解耦控制提供了重要的理论依据。     

Stewart型并联平台跃度映射

以刚体速度的旋量描述为基础,推导刚体跃度的旋量表达式.在此基础上利用旋量的李括弧运算,得到6自由度UPS串联机构的跃度映射.将串联机构的跃度映射推广到并联机构,建立Stewart型并联平台的跃度映射模型,得到表征跃度映射的三阶影响系数矩阵.该矩阵为四维矩阵,只与机构的位型有关,根据机构类型、运动学尺寸及广义坐标,即可直接得到该矩阵.以XYZ欧拉角为例,推导出上平台的姿态三阶导数与其角跃度的变换公式.最后通过虚拟样机仿真和理论计算的对比验证了跃度映射模型的正确性.     

多工况拓扑优化算法在大型运输船高双层底实肋板结构设计中的应用

为解决现有船舶结构初步设计过程中精细化程度不足的问题,开展基于多工况拓扑优化算法的归一化数学模型研究及其典型应用探索。本文将多工况拓扑优化算法引入到船舶结构初步设计中,提出了基于k方法的权因子确定方法,引入全局化应力约束条件,建立考虑应力约束函数的多目标拓扑优化数学模型,并对某高双层底实肋板结构进行多工况静力学拓扑优化研究。结果表明,最终构型能够满足应力应变等基本约束条件且具备较好的工艺性。相关研究成果为运用拓扑优化方法进行船舶结构初步设计提供一条切实可行的途径,具有一定的理论与工程应用价值。     

电液混合冗余并联机构驱动优化

冗余的驱动力合理分配,可大幅度提高并联机构承载能力.针对某型号战车的运动模拟需求,构造了一种电动液压混合驱动的12UPS并联机构.提出以零内力为约束条件的驱动力优化分配方法,并以驱动力加权平方和最小为目标,基于该机构的动力学平衡方程,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程.数值算例表明零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳.该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的冗余并联运动模拟台.     

考虑依赖于结构形状的载荷的连续体结构拓扑优化

本文提出了一种基于SIMP密度函数插值模型,考虑依赖于结构形状的载荷,以给定材料用量为约束条件,以最小柔顺度为设计目标的拓扑优化方法-OC-LE法.文中考虑的载荷随结构拓扑的变化而渐进变化,载荷与拓扑变量交替更新,计算简单且易于程序实现.同时文中给出的二维连续体结构拓扑优化算例,向三维连续体的扩展也比较容易.     

并联射弹水下运动实验研究

采用基于气体动力的高速射弹并联发射装置,开展并联射弹水下运动的实验研究。利用高速摄像机得到射弹水下运动的画面,并通过图像处理技术提取出流场的演化过程以及射弹的弹道参数,在此基础上分析并联射弹空泡的演化机理和脱落特性,得到了射弹间距对并联射弹水下运动过程的影响。结果表明,并联射弹双空泡受彼此流域压力梯度的影响而表现出不同的演化特性。随着射弹间距的增大,双空泡之间的耦合影响逐渐减弱,下方射弹空泡尺寸逐渐增加,弹道稳定程度逐渐增强,异步并联射弹的尾迹脱落由分叉模式到靠拢模式最后为孤立模式。实验结果对水下多弹体的并联发射具有一定的指导作用。     

并联射弹水下运动实验研究

采用基于气体动力的高速射弹并联发射装置,开展并联射弹水下运动的实验研究。利用高速摄像机得到射弹水下运动的画面,并通过图像处理技术提取出流场的演化过程以及射弹的弹道参数,在此基础上分析并联射弹空泡的演化机理和脱落特性,得到了射弹间距对并联射弹水下运动过程的影响。结果表明,并联射弹双空泡受彼此流域压力梯度的影响而表现出不同的演化特性。随着射弹间距的增大,双空泡之间的耦合影响逐渐减弱,下方射弹空泡尺寸逐渐增加,弹道稳定程度逐渐增强,异步并联射弹的尾迹脱落由分叉模式到靠拢模式最后为孤立模式。实验结果对水下多弹体的并联发射具有一定的指导作用。     

基于交错并联的Ⅱ型五电平逆变器电路的仿真研究

研究了一种基于交错并联的Ⅱ型五电平逆变器电路。该拓扑是双BUCK电路的一种变形,可以视为双BUCK拓扑和交错并联技术结合的产物。这种拓扑减少了开关器件,降低了系统复杂度,而且提高了输出频率,大幅度减小了用于滤波的无源器件的体积。介绍了该拓扑存在的7种状态和4种模态。介绍了Ⅱ型五电平的单向仿真,详细阐述了其正弦脉宽调制。仿真结果符合之前的理论研究,说明该拓扑在大功率变换场合有其前景。     

基于交错并联的Ⅱ型五电平逆变器电路的仿真研究

研究了一种基于交错并联的Ⅱ型五电平逆变器电路。该拓扑是双BUCK电路的一种变形,可以视为双BUCK拓扑和交错并联技术结合的产物。这种拓扑减少了开关器件,降低了系统复杂度,而且提高了输出频率,大幅度减小了用于滤波的无源器件的体积。介绍了该拓扑存在的7种状态和4种模态。介绍了Ⅱ型五电平的单向仿真,详细阐述了其正弦脉宽调制.仿真结果符合之前的理论研究,说明该拓扑在大功率变换场合有其前景。     

基于Ansys的某型舰炮托架拓扑优化设计

为了减轻旋回架的重量和降低生产成本,实现轻量化设计的目的。通过均匀化方法理论,建立了以微结构单胞密度为设计变量,柔顺度最小为目标函数,体积函数为约束函数的拓扑优化数学模型,并通过Ansys有限元软件,对某型舰炮托架进行了拓扑优化研究。根据优化结果对托架进行了结构改进和有限元分析,分析结果表明,在满足结构刚、强度的条件下,托架质量减轻了16%,较好地达到了设计目标,实现了托架结构轻量化设计的目的。这对于舰炮结构改进设计具有工程应用价值,对其他一般机械结构问题也提供了一种设计思路。     

基于拓扑优化理论的船体座舱减振降噪研究

传统减振降噪方法通过改变结构刚度或质量,设立加助板减少噪声,花费多成本高。为解决这一问题,基于拓扑优化理论研究一种新的减振降噪方法。首先设立声场结构耦合系统,通过有限元分析改善船舶内部座舱声学特性,然后利用拓扑优化理论改变结构的固有频率,使固有频率与外部频率不同时发生,最后对结构质量和刚度进行优化处理。为检测方法效果,与传统减振方法进行实验对比。结果表明,基于拓扑优化理论的减振降噪方法不需要反复试验和修改,能够有效降低成本。     

一种三自由度并联机器人机构的运动学分析

提出了一种具有3个转动自由度的并联机器人机构,介绍了它的结构和特点,建立了该机器人机构的运动学位姿、速度及加速度的正反解方程,并进行了数值实例验证,为该机器人机构的进一步分析研究和开发奠定了理论基础。     

基于谱分析的船舶模拟器的输入轨迹生成方案

应用Stewart机构模拟船舶在波浪中的不规则摇荡,首要任务是获得机构六通道的输入轨迹。针对这一问题,以模拟船舶的不规则横摇运动为例,将船舶运动谱分析方法与并联机构反解理论相结合,提出了一种输入轨迹的生成方案。将生成的输入轨迹输入到船舶模拟器实验平台中进行实验,实验结果表明所得输入轨迹可以实现Stewart机构对船舶不规则运动的模拟,验证了该方案的可行性,并为模拟船舶不规则摇荡的后续工作奠定了基础。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

船载串并混联海上稳定廊桥动力学建模与分析

设计了一种新型3-UPU/UP-RRP串并混联海上稳定廊桥机构，并对其进行了动力学建模与分析。利用矢量法推导并联机构各构件的速度与加速度，求解得到机构各分支的Jacobi矩阵；运用虚功原理求出3-UPU/UP并联机构的动力学模型，利用牛顿-欧拉迭代动力学方程分别对RRP串联机构中的关节力进行迭代分析，进而得到RRP串联机构的动力学模型。通过理论计算与动力学仿真分析验证了动力学模型的准确性，根据稳定补偿仿真分析得出该补偿方案具有较高的精确度。     

基于并联机构的船舶海浪补偿平台仿真分析

将基于Stewart的并联机构应用到船舶海浪补偿,利用并联平台负载大、运动精度高等优点,使海上作业设备在海浪持续且复杂的扰动下能够精确、稳定地进行作业。为验证并联平台的快速调姿的可行性与准确性,通过Adams/Control模块和MATLAB/Simulink模块库搭建控制系统,通过PID调节误差,控制并联平台的运动,达到快速调整位姿的目的。通过对并联机构的仿真分析,并联机构具有快速,精确调姿的能力,为应用到海浪补偿系统提供了理论依据。     

基于ADAMS的塑壳断路器机构与旋转式触头系统动力学分析

本文基于ADAMS分析了一种壳架电流等级为800 A的双断口塑壳断路器运动系统合闸、分闸、脱扣和再扣运动过程,并通过物理样机试验验证了该分析的正确性.研究结果表明,通过仿真计算可以准确分析断路器操作机构与触头系统的动力学特性,从而对机构进行优化获得所需要的机构运动特性和触头参数,为新型断路器设计提供理论基础;通过仿真分...     

散货船顶边舱横隔板的拓扑优化设计

针对散货船顶边舱横隔板的设计主要靠母型船和工程师经验进行,以横隔板重量最轻为目标,参照原始设计的应力结果进行基于应力约束的拓扑优化。基于原始设计方案,去除顶边舱横隔板上的开孔面板、防倾肘板和屈曲筋,对结构进行细化后获得响应工况的应力作为拓扑优化的应力约束。分别对单个横隔板进行拓扑优化和对货舱内所有横隔板进行拓扑优化。基于拓扑优化结果,设计新的横隔板开孔方式并进行详细设计,并基于三舱段有限元计算对优化设计进行粗网格和细化分析校核。优化后的构型相对原始设计能获得更轻便的重量和更小的应力结果。本文的研究可以为散货船的拓扑优化、顶边舱横隔板的设计提供参考。