Singular perturbation composite control of a free-floating flexible dual-arm space robot

The Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot is a highly nonlinear and coupled dynamics system. In this paper, the dynamic model is derived of a Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot holding a rigid payload. Furthermore, according to the singular perturbation method, the system is separated into a slow subsystem representing rigid body motion of the robot and a fast subsystem representing the flexible link dynamics. For the slow subsystem, based on the second method of Lyapunov, using simple quantitative bounds on the model uncertainties, a robust tracking controller design is used during the trajectory tracking phase. The optimal control method is designed in the fast subsystem to guarantee the exponential stability. With the combination of the two above, the system can track the expected trajectory accurately, even though with uncertainty in model parameters, and its flexible vibration gets suppressed, too. Finally, some simulation tests have been conducted to verify the effectiveness of the proposed methods.     

油底壳有限元模态分析及实验验证

以EQ491型发动机油底壳为研究对象,通过有限元法得到了油底壳模型的固有频率和振型,运用模态实验技术,验证了有限元模型的合理性。在原始有限元模型的基础上,对油底壳模型进行约束模态分析,验证了油底壳结构的合理性,即油底壳固有频率远大于发动机机体激振频率。     

冰区航行船舶电力推进轴系机电耦合的扭振分析

通过螺旋桨桨叶与冰块的相互作用过程,建立单冰块对螺旋桨扭转振动的激励函数;同时建立机电耦合振动数学模型,推导得到机电耦联动力学方程,研究电机电磁激励力对扭转振动的影响。以3500吨科考船电力推进轴系为研究对象,基于冰载荷激励力和电磁激励力对轴系扭转振动进行分析,为复杂的船舶电力推进轴系在冰区航行时的振动研究奠定了基础。     

船用低速柴油机曲轴轴向振动研究

以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对象,在考虑气体力、运动部件惯性力、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立曲轴、连杆、活塞的刚柔混合动力学模型。通过数值仿真,分别对连杆推力、连杆法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响进行分析。分析结果表明：法向力是曲轴轴向振动的直接激励源,切向力是曲轴轴向振动的间接激励源-切向力引起曲轴扭振,进而引起曲轴纵振;同时法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响非常相近;而连杆推力(法向力和切向力合力)引起的曲轴轴向振动是扭纵耦合振动的结果,并非两种分力作用结果的简单叠加。     

响应谱法与时程法在管道水锤分析中的对比研究

水锤是输流管道中经常发生的现象,由于阀门操作不当或设备突然停车引起的水锤极易引起管道的振动,造成设备及支架的破坏,严重影响管道系统的正常运行。文章运用CAESAERⅡ软件,对管道中的水锤现象分别采用响应谱法和时程分析法进行分析。结果表明:响应谱法有利于对振动响应过大模态的精确控制,时程法能精确求解时间历程内各时刻系统的整体响应。为全面分析水锤对管道应力的影响提供了一个研究思路。     

环向加肋对充液圆柱壳振动特性的影响分析

文章研究了环向加肋对充液圆柱壳耦合振动的影响。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了环肋参数对充液圆柱壳结构耦合振动的影响。结果表明,肋骨尺寸、数目的增加,对充液圆柱壳振动频率的提升影响明显,而内、外加肋形式所产生的影响则相对有限;肋骨对频率的影响主要表现在周向波数较大时;肋骨高度变化对耦合振动频率的影响更明显。     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示：随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。     

流体域特性对流固耦合振动计算的影响

船舶结构的水下振动预报一直受到广泛的重视,计算机技术的发展使得有限元法成为求解复杂船舶结构流振耦合振动的有效方法。本文基于船体结构与周围流体介质的耦合作用建立典型圆柱壳流固耦合振动计算的有限元模型,重点分析流体域边界处理方式、流体域形状、流体域范围对耦合振动计算结果的影响,提出合理的流体域建模方法。同时分析流体网格控制方式对于耦合振动计算的影响,为水下结构物耦合振动分析提供参考。     

含惯容器的多层隔振系统动态性能研究

以含有惯容器的多层隔振系统为研究对象,建立了多层隔振系统的动力学模型.研究了惯容器对系统固有频率的影响,分析了惯容器的位置变化对多层隔振系统的影响,推导了多层隔振系统的振动传递率公式.研究结果表明:不管惯容器安装在上层还是下层,都会减小多层隔振系统的固有频率,惯容器对高阶固有频率的影响较大;在上层安装惯容器对系统的固有频率影响较大,会减小相邻固有频率的间隔;当惯容器一端接地一端接中间质量时,相当于增加了中间质量的参振质量;不接地的惯容器会减小隔振系统高频振动传递率的衰减.研究结果有利于惯容器在舰船上的应用.