基于OpenFOAM的破损船舶横摇阻尼

运用OpenFOAM对完整和破损船舶在静水中进行自由横摇衰减运动的数值模拟,分析得到船舶的线性和非线性横摇阻尼系数.从初始横摇角、舭龙骨附体、破损形式以及破损过程等多个角度对横摇阻尼进行细致的比较和讨论,揭示了破损船舶的横摇阻尼特性.同时开展破损模型试验以验证数值方法的可靠性.在破损船舶的横摇运动数值模拟中,建立了第二类及第三类破损模型,成功处理了内外水耦合及内外水相通的复杂流体流动问题,为破损船舶的横摇运动和倾覆研究奠定了基础,并为破损船舶的稳性衡准制定提供了技术参考.     

基于CFD的渔船破舱进水时域模拟及破舱稳性和压强分布研究

沿海渔船的船型瘦小,对于动稳性的变化较为敏感,船体破损后失稳会产生严重的危害,因而近海作业的沿海渔船破舱稳性研究有比较实际的应用价值.运用CFD软件STAR-CCM+,对一艘28.8 m长、作业区域为渤海的养殖看护船,进行横浪条件下瞬时非对称进水过程的时域模拟,得到该船破舱进水过程中船舶的六自由度变化以及压力分布.对比该船在3种海况下破损后的物理行为发现,非对称舱进水会在波浪作用下带动船舶产生不同程度的艏摇运动,促使破损船由横波运动向纵波运动转变,基于破损后的运动响应,可以对渔船的舱室分布及对破舱事故后的操纵及减损提供参考意见.     

随浪中船舶大倾角横摇稳性的研究

对随浪中船舶大倾角横摇稳性的特点进行了介绍和分析,提出了一种新的研究船舶发生大倾角横摇时的稳性力臂的方法,在运用逐步逼近法计算每个横剖面的左右侧的浸深时,考虑了在横摇过程中由于船舶首尾不对称造成的纵倾对每个横剖面浸深的影响,以及横摇过程中所发生的纵倾运动对横摇稳性的影响．然后,根据随浪中重力与浮力平衡、纵倾力矩之和为零这两个条件,运用matlab数学工具语言的迭代算法求出了纵倾角,以及水线面修正层厚度,进而绘出了随浪中的稳性力臂曲线．最后,通过实例计算与分析验证了该方法是可行的．     

基于船行波安全航速的限定

针对在受限水域中船舶航行时生成的船行波影响周围船舶安全及作业的问题,计算了船舶在不同航速时船行波的波高及其衰减程度,通过模型计算得到不同船行波对其他船舶影响的横摇数值,根据目标船与本船的距离,通过定量分析对周围目标船稳性、横摇幅度的影响,确定本船的安全航行速度及目标船的安全作业区域,对船舶在航道、港口等受限水域安全速度的控制提供理论依据。     

基于神经网络的船舶稳性预报研究

为省略船舶稳性计算中横摇阻尼以及船舶阻力等参数的复杂计算过程,提出一种采用径向基函数(RBF)神经网络对第二代完整稳性失效概率预报的方法.研究包括过度加速度、瘫船稳性以及骑浪/横甩3种失效模式.通过研究船舶相关参数对各失效模式失效概率的影响,确定采用RBF神经网络对每种失效模式进行预报时输入特征的选取,从而降低训练时长.使用训练后的网络对样本船稳性进行预报,采用均方误差和平均绝对百分比误差对预报结果进行评估.对3种失效模式预报结果的平均绝对百分比误差分别为6.49%、7.09%、5.70%,均小于10%,表明采用RBF神经网络可较为精准地对船舶稳性进行预报.     

桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响

为了揭示桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响,基于三维Navier-Stokes方程,通过求解6DOF方程,结合虚拟单元浸入边界法和水平集法构建被动型动船模型,模拟分析在高雷诺数下船墩间距、船速与流速对船舶运动状态和受力的影响.分析结果表明:船墩间距的增大促使船舶艏摇力矩值迅速减小;船速变化对最大负艏摇力矩值的影响不明显,而船速减小会使偏航角度增大,船速增大使船舶横漂距离增大;流速的增大将促使船舶艏摇力矩值增大,且在船舶经过桥墩中部时所受负艏摇力矩增量最为显著.研究结果对于桥区船舶的安全通航问题具有一定的参考价值.     

浮基多体系统在静水中展开过程的运动响应

为模拟浮基多体系统上部结构在展开时的顺序与快慢对浮基运动响应的影响,介绍了建立在齐次矩阵方法基础上的浮基多体系统运动时域求解方法,并对一个由4刚体组成的浮基多体系统进行了建模和数值计算,模拟了上部机构以一定规律依次展开或同时展开时系统的运动响应,得到了浮基在各工况下横摇、横荡和垂荡的时间历程曲线。数值模拟结果表明：对于这2种展开形式,浮基的横荡几乎不随展开时间和形式变化,影响比较明显的是垂荡和横摇。总的来说,该浮基多体系统同时展开的方式要优于依次展开的方式。     

基于小臂-作业平台联动的自动调平机制

为使高空作业车在全举升空间均可实现作业平台的自动调平,结合混合臂架结构及举升运动特点,提出基于小臂-作业平台联合动作的双级自动调平方案,并设计出全作业模式的协调控制策略。采用机电液统一建模建立基于自动调平机制的虚拟样机模型,分析了臂架举升至最大作业高度与作业幅度时的自动调平特性。研究结果表明:在2种典型工况下,协调控制策略统一调度并实现了主、辅双级调平系统的输出调平角的合理分配和有效控制,切换点处存在一定的调平滞后,但作业平台倾角被调整至3°范围内,验证了基于小臂-作业平台联动模式的自动调平机制的有效性和合理性,确保了全举升空间范围内的调平性能,为大空间混合臂高空车调平系统的研制提供一种有效的调平方法。     

随机波浪作用下船舶倾覆的量化研究

为量化船舶倾覆问题,基于随机迈尔尼科夫(Melnikov)函数和相空间传输理论,从能量的角度对随机波浪下船舶航行时倾覆发生的安全程度进行研究.考虑阻尼力矩和回复力矩的非线性以及波浪的随机性,建立船舶非线性横摇运动微分方程.采用快速傅里叶变换(FFT)将时域波浪力转换到频域,从而将随机Melnikov函数及相空间转移率扩展到考虑船舶航速和浪向角的影响,并根据其统计特性对船舶倾覆进行量化.通过实船算例研究其在随机海浪中横摇运动相空间转移率的变化情况,并分析船舶航速、遭遇浪向以及波浪特征频率对相空间转移率的影响.研究结果表明,随机Melnikov函数和相空间传输理论能够较好地对具有一定航速的船舶在随机波浪中的倾覆进行量化,从而可为进一步研究船舶稳性衡准提供有益的参考.     

船行波对系泊船舶影响的数值计算

针对限制水域中船行波对系泊船舶的影响问题,运用重叠网格技术,基于数值方法的有效性验证,对系泊船舶在船行波中的运动响应及受力进行了数值计算分析,探讨了不同航速、航道几何形状及码头形状对船行波中系泊船舶的运动响应和受力的影响规律.结果表明:航行船舶的航速对系泊船舶的运动响应及波浪力有显著的影响,当航速增大30%时,橫摇最大幅值和横向力最大幅值分别增加了14倍和6倍;不同码头形状对系泊船舶的影响程度不同,直壁式航道中系泊船舶受到的横向波浪力和横摇的最大幅值几乎是在斜坡航道中的2倍,而斜坡倾角的变化对系泊船舶的运动影响则较小.     

基于虚拟环境下步进链传动的建模及动力学分析

基于多体动力学理论,建立了步进链传动系统在计算机虚拟环境下的样机模型,经仿真计算与实验结果比较,验证了该模型可全面地反映该类系统的多种复杂影响因素,能够精确地揭示其运动学和动力学特性。在此基础上,结合虚拟模型对步进链传动系统的动力学影响因素进行了仿真分析。结果表明：从动链轮撑紧弹簧以及链条松边是影响该类系统动力特性的重要因素之一,在该类系统的动力学分析中不容忽略;对于该类系统采用非对称曲线进行步进运动规律设计,能够有效抑制减速段的惯性冲击,降低残余振动,提高定位精度。     

基于整车虚拟样机的车体结构拓扑优化

基于整车零部件几何模型,结合车体的有限元网格划分及模态分析,构建履带装甲车辆刚柔混合虚拟样机,进行典型工况下的多体动力学仿真分析,输出若干关键时间点车体承受的荷载.利用有限元分析技术将荷载加载到车体有限元模型上,对车体进行结构力学分析和多荷载步拓扑优化.根据拓扑优化结果修改车体局部结构,并重新构建虚拟样机模型再次进行仿真分析,将应力和变形分析结果与原仿真结果进行比较.结果表明,结合动力学仿真和有限元分析进行结构拓扑优化,可以改善关键零部件的力学性能,提高刚强度,为改善装甲车辆的结构性能提供了一种有效方法.     

汽车ABS虚拟样机仿真与制动性能的研究

对汽车ABS制动系统进行了虚拟样机仿真研究.采用滑移率为控制参数,应用MATLAB与ADAMS联合仿真,实现了ABS的实时控制功能.在同一虚拟样机模型的基础上,进行了车速与制动距离的仿真,结果表明,汽车制动前的速度与制动距离呈二次函数关系.讨论了三、四控制通道控制对汽车的制动方向稳定性和制动距离的影响:紧急制动时,四通道独立进行制动压力控制的ABS系统可获得最短的制动距离,而三通道前轮独立控制后轮低选控制的ABS系统制动距离相对来说要大;但在不对称路面上紧急制动时,三通道控制的汽车偏转力矩较小,方向稳定性更好.     

滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。     

基于柔性铰的弹链系统建模及仿真分析

通过分析弹链系统的拓扑结构,综合考虑相邻两链节铰接处的线位移和角位移,提出一种基于柔性铰的弹链多体模型,在ADAMS环境下,使用宏命令功能完成虚拟样机中链节、柔性铰和接触碰撞的自动化建模;合理设置弹链系统的仿真参数,完成弹链的动力学仿真．结合实际对得到的相关曲线做简要分析,得出相应的仿真结论,验证了基于柔性铰弹链模型的合理性与正确性,可以对弹链在运动过程中的振动和冲击问题进行很好的预测和分析．     

牛头刨床六杆机构的多体动力学分析及优化设计

简要介绍多体系统动力学的原理及多体系统动力学计算的积分方法，利用动力学仿真软件ADAMS，对牛头刨床的六杆机构进行分析，并通过虚拟样机技术，对牛头刨床加速度和压力角进行了优化设计．为实际的机构设计提供依据，也为虚拟样机技术的学习提供了实例．     

基于能量耦合的船舶起重机消摆控制

为了解决船舶起重机在外部海浪干扰下负载摆动幅度大、小车定位精度不高、抗干扰能力差的问题,通过非线性能量耦合方法,应用欧拉-拉格朗日方程对带有船舶横摇以及船低沉降的船舶起重机进行动力学建模,然后构造了一种复合型误差信号来增强小车运动特性以及船舶载荷摆动的耦合关系并将动力学模型转化.在此基础上设计控制器,并进行了基于李雅普诺夫(Lyapunov)方法的稳定性证明和仿真模拟实验.验证了该方法在复杂情况下的可行性,实现船舶起重器系统在平衡点的渐进稳定性.可见所提的控制方法具有良好的控制性能、适应性和鲁棒性.对于运输过程中摆角抑制、系统定位和效率提高具有良好的效果.     

滑跑无人机前起落架收放系统仿真及安全特性分析

为了给装备试验考核提供技术参考，研究前起落架收放系统在飞机起降过程中的动态特性，本文以某型飞机前起落架收放系统为研究对象，建立了起落架虚拟样机三维仿真模型；通过多体动力学和有限元仿真分析方法，研究了收放系统在气动载荷、重力以及作动筒载荷耦合作用下的可靠性和安全性。结果表明起落架收放系统的各个铰接点受力合理，其强度、刚度、模态频率以及稳定性满足相关指标。通过对起落架的仿真分析，为后续武器装备的考核提供了切入点和重点关注点，也为起落架收放系统性能评估及参数鉴定和优化提供了技术参考。     

基于虚拟样机技术的某型商务车底盘悬架系统的试验开发

在某MPV整车的开发阶段,首先对整车的前后悬架匹配进行了理论分析和计算,根据计算结果利用虚拟样机技术在ADAMS软件环境下建立了整车的多体动力学计算模型,并进行了操纵稳定性仿真分析,对不同设计方案的整车性能进行了对比分析,最后通过实车试验进一步验证并确定了悬架匹配方案。     

基于ADAMS与MATLAB的车辆跨障综合交互仿真

利用ADAMS软件对车辆进行三维实体运动仿真,仿真结果对研究车辆结构的动态问题提供了一种很好的实验手段,本文给出了在ADAMS软件中结合MATLAB综合交互来实现跨越障碍运动仿真的一种方法.利用ADAMS构建车辆模型来实现对台阶状障碍的跨越运动,并结合MATLAB对其运动进行综合交互仿真.在对输出数据进行分析与研究后,得到预期效果.通过两者的结合,我们实现了机电一体化的联合分析,为我们以后的物理样机试验提供了更为可靠的依据.