自由端带有充液容器的压电悬臂结构晃振建模

为了利用压电驱动器作为主动元件抑制带有充液容器的结构晃振,需要对压电结构晃振进行精确建模。针对一个自由端部带有充液容器的压电悬臂结构,利用有限元方法对无充液情况下的压电悬臂结构进行模态分析并建立其状态空间表达式。利用质量摆等效力学模型描述容器中液体晃动,将推导出的压电悬臂结构模型和液体晃动模型耦合得到整个系统晃振模型。通过实验分别验证不同充液水平下的晃振模型的频率和Bode图。结果表明建立的带有充液容器的压电悬臂结构晃振模型及其状态空间表达式可用于控制设计。     

液体晃动力学参数的辨识

提出一种确定液体晃动力学参数的新方法。建立晃动液体和运动容器的力学模型和它的差分方程，实测液体晃动时充液容器运动的信号，采用广义最小二乘法处理试验数据，估计出液体晃动的力学参数。用此种辨识方法获得的液体晃动的主频率和参预基频晃动液体的等效质量与理论计算和共振试验法得到的结果基本一致。     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

运动容器内液体大幅非线性晃动实验研究

为分析液体大幅晃动的非线性效应,对矩形容器内液体晃动的拍振和共振现象进行了相关实验研究.通过振动台对充液容器施加横向简谐激励,观察自由液面的运动形式,并采用压力传感器测量容器侧壁某点处的液体压力时间历程.实验结果表明,对于拍振晃动的情况,能够观察到明显的晃动非线性特征;对于共振晃动的情况,自由液面将很快表现为三维剧烈运动的形式,通用的非线性晃动理论模型已经失效.通过对实验结果与理论模型的数值结果进行比较,讨论了理论模型与真实晃动之间的共性与差异.     

充液挠性航天器液体晃动模态观测及滑模姿态控制

针对充液挠性航天器姿态机动过程中挠性附件振动和液体晃动等问题,提出了一种带有稳态液体晃动补偿的滑模变结构控制方法。基于Lyapunov稳定性理论,设计了一种改进的滑模变结构姿态控制律,采用平方根函数代替符号函数以减小抖振。考虑到液体晃动频率低阻尼小的特点,为提高姿态稳定控制的性能,设计了一种液体晃动模态观测器,在稳态过程中补偿液体晃动对航天器姿态的影响。仿真结果表明,所提控制方法可有效提高充液挠性航天器姿态的稳态指向精度和稳定度。     

工业包装线上开口容器内液体的晃动控制

研究了工业包装线上开口容器内液体的晃动控制，建立了矩形容器、圆柱形容器和一般直立旋转对称容器线性充液控制系统的状态方程．采用能量最优控制方案，得到了线性控制律，计算得到了运动时间步长与液面波高响应的关系曲线，并对矩形容器的晃动控制进行了数值仿真实验．比较了理论结果与仿真结果的差别，以及对液体晃动残余能量影响的分析，给出了线性模型的适用范围．     

微重力环境下轴对称贮腔类液刚耦合动力学

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性,并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的高斯超几何级数解析表达式.采用伽辽金变分原理推导了系统动力学模型,并进行了特征频率分析.对耦合充液系统进行了数值仿真计算,并得到系统自由度随时间的变化历程.     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

基于ALE有限元方法的充液刚体耦合动力学仿真

假设液体是不可压缩的粘性液体,用Jourdain形式的普遍动力学原理建立充液系统的动力学控制方程,并采用交替积分法求解此数值计算模型.液体模块采用Lagrange-Euler描述方法建立有限元计算模型;充液刚体模块利用二阶显式Runge-Kutta格式离散的常微分方程组.在刚-液耦合界面将传递系统质心、转动惯量、晃动力、晃动力矩以及惯性力等耦合物理量.计算结果表明该方法能正确地反映充液耦合系统的运动学特征.与假设液面未扰充液系统的响应结果相比,耦合计算获得的结果具有较大幅度的角速度响应.     

充液卫星地面物理仿真方法

充液卫星地面物理仿真中,受重力影响,无法在气浮台上直接放入液体贮箱进行仿真。为实现充液卫星整星模型的地面物理仿真,该文提出利用飞轮施加卫星充液贮箱内液体的晃动力矩的方案。该试验方案基于液体晃动的等效单摆模型,得到了实时获取卫星液体晃动力矩数值,并通过飞轮实时施加等效晃动力矩,来等效液体晃动,进行整星运动仿真。仿真结果及理论分析表明:考虑采样时间、延时效应、外力矩的影响,该地面物理仿真方案能够很好地模拟在轨卫星的运动规律;对飞轮求解方程进行等效处理可以简化飞轮角速度指令计算及相应陀螺力分析。     

带自由面充液航天器的自旋稳定性分析

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题．采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法建立液体受迫振动的离散的动力学方程,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法．由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立起刚－液耦合系统的姿态动力学方程,并由Ｋｅｌｖｉｎ定理,给出了充液航天器的自旋稳定性判据．最后以圆柱腔为例,分析了充液航天器自旋稳定性的结果．     

充液航天器姿态稳定分析的Casimir方法

充液航天器中的液体燃料晃动将可能导致航天器姿态不稳定性现象的发生．本文采用哈密顿动力学方法研究了半充液航天器姿态运动的稳定性问题．首先将晃动液体等效为弹簧质量块力学模型,建立了液体晃动与航天器姿态多体耦合动力学系统的哈密顿方程,并进一步推导了与耦合动力学系统相关的Casimir函数;借助于Casimir函数并采用李亚普诺夫稳定性理论推导出耦合系统的稳定性和非稳定性条件,最后给出了数值仿真结果及相关结论．     

压电智能悬臂梁主动振动最优控制研究

以压电智能材料聚偏氟乙烯(PVDF)作感知和离子交换膜金属聚合物(IPMC)作驱动的悬臂梁为研究对象,建立了智能悬臂梁的压电传感和致动方程.并通过模态分析法变换为基于闭环控制系统的状态空间方程,设计了压电智能梁的振动控制系统.将遗传算法和线性二次型最优控制相结合,采用遗传算法设计Q,R阵,以获取状态反馈控制律,研究了压电智能梁的振动的最优控制问题.仿真实验结果证明,控制系统具有很好的振动抑制效果     

非满载罐式汽车准静态侧翻阈值的计算与分析

非满载罐式汽车稳态转向时,由于罐内液体的晃动,其侧翻稳定性低于相同类型运输固体货物的汽车。通过建立非满载罐式汽车准静态侧翻模型,推导出了非满载罐式汽车稳态转向时的侧翻阈值,并对其影响因素进行了分析,提出了改善罐式汽车侧翻稳定性的方法,为罐式汽车防侧翻控制系统的开发打下基础。     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.     

60Co集装箱检测车悬臂振动分析

在分析振动对集装箱检测车系统性能影响的基础上 ,提出了 6 0 Co集装箱检测车悬臂的振动指标。为了验证悬臂结构的强度和刚度条件 ,采用动力学分析软件 AL GOR计算了 6 0 Co集装箱检测车悬臂的静态变形、振形和固有频率。悬臂在启动加速过程中振动最大 ,通过给悬臂施加一个与启动加速度相当的惯性力的方法 ,非常简单地模拟了启动加速过程 ,数值计算结果与实际测试结果较吻合 ,说明了该有限元模型能够正确分析出悬臂结构的力学特性     

非满载罐式汽车静态侧翻模型的参数敏感性分析

非满载罐式汽车稳态转向或变道行驶时，由于罐内液体的晃动，其侧翻稳定性低于相同类型运输固体货物的汽车。通过对非满载罐式汽车静态侧翻模型建立，推导出了非满罐式汽车的侧翻阈值，对影响非满载罐式汽车侧翻稳定性的参数进行了敏感性分析，提出了改善罐式汽车侧翻稳定性的方法，为罐式汽车防侧翻系统的开发打下基础。     

纵向竖条防晃板对液体晃动特性的影响

液体推进剂的晃动特性对大型液体运载火箭以及弹道导弹的飞行动力稳定性有很大的影响，为了使战略弹道导和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须提高其内部液体推进剂的晃动阻尼，抑制液体的晃动，从而达到动力稳定的设计要求，常产加液体晃动阻尼的措施是在推进剂贮箱内安装防晃板。纵向竖条防晃板是一种常用的防晃挡板，该文通过对液体晃动时液体与纵向竖条防晃板之间的液动力所做的虚功与局部阻力所耗散的能量的计算，求出液本     

充液航天器自旋稳定性分析的一种近似方法

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立刚 -液耦合系统的姿态动力学方程 ,并由 Kelvin定理给出了充液航天器的自旋稳定性判据 .通过有限元分析 ,消去稳定性判据中的液体晃动特征模态矩阵 ,从而得到稳定性判据与充液腔体无关而仅与液体自由面有关的结论 .稳定性判据适用于带任意形状的轴对称充液腔的自旋航天器系统 .     

Vibration Analysis of Digital Radiography System for Large Container Inspection

The cantilever vibration characteristics of a digital radiography system were analyzed to predict the effect of vibration on the performance of a mobile container inspection system. The static deformation,vibration mode and natural frequency of the cantilever of the digital radiography system were calculated with the ALGOR Finite Element System to verify the strength and rigidity of the cantilever. The maximum amplitude of the cantilever vibration occurs as it starts accelerating. The predictions show good agreement with test results, indicating that the finite element model of the cantilever structure accurately models the mechanical characteristics.