6自由度绳索牵引并联机器人的悬链线建模与动力学分析

针对6自由度大跨度绳索牵引并联机器人存在绳索悬链线效应的问题,分别建立了绳索的直线模型和绳索的悬链线模型,在此基础上推导了并联机器人的动力学模型,并对二者进行分析和比较.在绳索牵引并联机器人逆动力学的求解过程中,采用带约束的非线性优化方法作为求解工具来计算满足绳索单向力约束的绳索张力.仿真结果表明,考虑绳索的悬链线模型时,并联机器人逆动力学解得到的绳索末端张力与绳索的线性模型相比有很大的变化,故绳索悬链线效应不可忽略,动力学分析中必须加入绳索的悬链线模型.     

基于分段外推法的锚泊定位悬链线浮子的影响

为研究悬链线中浮子位置和浮力对海洋平台抵抗干扰能力的影响,以分段外推法建立多成分悬链线的数学模型.考虑海流力以及弹性伸长,获得相同预紧力下悬链线长度与顶端水平张力随浮子位置的变化趋势.通过对相同扰动下不同浮子位置对平台位移响应分析,确定在给定干扰力作用下的最佳浮子位置.选用不同浮子的尺寸改变浮力,研究固定干扰力下浮子对悬链线顶端位移以及其长度的影响,获得最佳浮子位置下的浮子尺度.研究结论可为锚泊定位系统中悬链线浮子的配置提供参考.     

悬链线形变幅杆的理论研究和有限元分析

根据一维变截面杆纵向振动的波动方程,推导了悬链线形变幅杆的等效电路,由等效电路得出了其纵向振动的频率方程.利用有限元软件ANSYS对一组悬链线变幅杆进行谐响应分析和模态分析,得到了位移-频率曲线和共振频率；结果表明,模态分析值与理论值吻合很好.这对悬链线形变幅杆的实际应用具有一定的参考意义.     

绳牵引并联机器人悬链线优化解算方法

针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。     

悬链线方程在高压架空输电线路中的应用

通过分析高压架空输电线路受力情况,得出其轨迹方程为悬链线方程的结论.然后利用悬链线方程近似方法分析计算在一般情况下和等高条件下的悬长、重心、弧垂及受到的张力情况.     

多跨输电线平面振动特性的传递矩阵法分析

推导了无抗弯刚度弹性浅悬链线的平面上下振动微分方程及其一般解，并用该解求得一般传递矩阵，可处理任意对称与非对称浅悬链线。     

纱路运行中局部悬链线的形态与张力

对于纺织生产过程中经常遇到的局部悬链线纱路,本文探讨了确定这种局部形态悬链线的具体数学表达式、纱线张力、曲线科率以及偏离直线最大偏距的计算方法,绘制了一系列曲线图来表示它们之间的变化关系.由于采用无量纲参变数表达形式,使其具有一定的普遍意义.按照这些曲线图或算式,结合实测悬链线的形态参数,便可推算出它的张力大小.     

多跨输电线平面振动特性的传递矩阵法分析

推导了无抗弯刚度弹性浅悬链线的平面上下振动微分方程及其一般解，并用该解求得一般传递矩阵，可处理任意对称与非对称（相对于悬链线最低点）浅悬链线。对于大多数工程情况，瓷瓶串可看作是刚性的，并且在乎衡状态下瓷瓶串是铅垂悬吊的，在此条件下可得出特殊传递矩阵，并可用于具有不同跨度的多跨线的分析。     

空间悬链线索单元的非线性有限元分析

根据弹性悬链线的理论解析解推导出适用于索结构有限元分析的空间悬链线单元,得到了两节点索单元的切线刚度矩阵和索端张力的精确表达式。采用索单元等效节点荷载的全量算法,通过Newdon-rapson双重迭代法实现非线性问题的求解。所提出的基于空间悬链线单元的半解析非线性有限元分析方法可充分考虑几何非线性的影响,实现对任意方向空间荷载下索的初始位形和内力分析。算例表明,该计算方法精确有效。     

多成分悬链线锚泊系统的静力特性分析

在经典悬链线理论基础上,给出N成分悬链线串联重块(和/或浮筒)(数量小于N个)锚泊系统的静力学方程,并应用分段外推数值方法进行静力特性分析,进而得到锚泊线几何形状和张力分布曲线.该方程可以大大方便多成分悬链线锚泊系统稳定状态的计算,为多成分组合式锚泊系统的动力学分析打下一定基础,并可用于海洋工程模拟器中锚泊系统的稳态计算.     

基于CFD紊流计算的离心泵叶型优化设计

在对离心泵内部流场进行全三维数值模拟的基础上,建立了叶片型线优化设计的数学模型.以叶片长度最短为目标函数,叶轮相对半径r=-0.5处无回流为约束条件,讨论了该模型优化计算的方法.在离心泵叶轮的基本外尺寸给定的情况下,运用该数学模型,研究基于高次曲线的离心泵叶型优化设计命题,采用黄金分割法获得了优化叶轮C2.将叶轮C2和C1进行同台试验对比,其中C1也是三次曲线叶型,与传统的单圆弧叶型非常接近,C1与C2相比,仅叶片的包角不同.研究结果表明:叶轮C2的总体性能优于叶轮C1,优化设计数学模型合理.     

FL115离心式机油滤清器的特性研究与试验分析

建立了分流离心式滤清器转速特性和液力特性的数学模型.通过试验得到FL115离心式滤清器在不同喷嘴口径以及不同温度工况下的转速特性曲线和液力特性曲线,以及滤清效率.分析了转子转速、驱动流量和进油压力三者之间的关系,推出了设计喷嘴的最佳口径范围.通过理论数据与试验数据的比较,证明了该数学模型可以作为研发离心式滤清器的设计参考.     

Dynamics of high speed wheel/rail system and its modelling

With the fast increasing of train speed the interactions among the train,the track,and the power cate-nary system become very strong. Such interactions are also strongly coupled with the action of high speed airflow due to the high speed running. Hence,the existing research methods and numerical al-gorithms of railway vehicle/track systems are not fully available for characterizing the transient dy-namic and long-term behaviors of train/track at higher speed. The present paper reviews the existing studies on coupling dynamics of railway vehicle/track,and clarifies their advantages and disadvan-tages and then puts forward an innovation stratagem for high speed railway based on rolling contact of wheel/rail systems. In the innovation stratagem,a comprehensive dynamic model of wheels/rails sys-tems is developed to simultaneously consider the track system,the train,the rolling contact of wheel/rail,the catenary/pantograph system,and the high speed airflow with the train. The motion equations of the subsystems and their coupling boundaries are given and discussed. For the reliability and safety of the high speed train in service,the long-term behavior of the structures of the train and the track is considered in the comprehensive model. Moreover,a generalized failure model,consider-ing the structures and the materials and working in the comprehensive dynamic model of wheels/rails system,as well as the simulation system of structure failure of the high speed train/track is established. Consequently,the present studies on the dynamics of the coupled vehicle/track will be further and largely extended.     

离心泵转速改变对泵装置效率的影响

讨论了离心泵的运行转速改变后，由于泵效率和管路效率的变化而给整个果装置效率带来的影响，由此可以判断离心泵改变转速后，泵装置的运行是否合理，并可确定泵装置运行的最佳转速范围。     

旋转厚圆柱壳振动特性分析

为研究旋转厚圆柱壳的动力特性 ,采用九结点退化壳体单元有限元法 ,对于壳体达到平衡位置以前的状态 ,采用非线性板壳理论求解 ,然后采用线性理论研究圆柱壳的动力特性。模型中考虑了科氏加速度 ,离心力 ,初应力的影响。分析结果显示旋转厚圆柱壳具有复杂的三维模态 ,旋转速度对不同模态的固有频率的影响不同。该研究为高速离心机、航空发动机等旋转机械中的圆柱壳结构的设计和故障诊断提供了理论依据和分析方法     

离心泵流量－扬程曲线特性研究

研究工业用离心泵的流量－扬程曲线对泵运转稳定性、运转特性和适用场合的影响，提出驼峰曲线泵稳定工况的判据及泵和叶轮形状对驼峰状的影响，对于泵的设计、制造和合理使用均具有实际的意义．     

超速试验机主轴的模态分析与研究

采用有限元分析法对超速转子试验台的模拟转子系统进行模态分析,较全面地分析了整机的振动特性,并根据仿真和试验结果分析了可能造成系统破坏的因素,为试验的动态分析提供理论依据,从而实现设计方案的优化和升级.     

高速离心泵转子系统动态优化设计

目前高速离心泵转子系统动态优化设计一般多限于求在自振频率禁区约束下的转 子重量最轻问题，用数学规划法或准则法求解。本文对高速离心泵转子系统进行符合 工程要求的较全面的动态优化设计，采用有限元分析手段；以动柔度为目标函数（考 虑强迫振动），考虑自振频率禁区、转子强度和刚度等约束，采用作者提出的摄动逆 求法或者将其与数学规划法相结合的方法求解。以 ＣＹ型液下泵为实例，重分析 １～２ 次。本优化方法亦可推广用于其他机械系统动态优化设计。     

缝隙引流叶轮的优化设计

以带缝隙引流叶片的低比转速离心泵叶轮为研究对象, 研究了缝隙引流叶片的位置对低比转速离心泵水力性能的影响. 基于叶片参数化设计、网格划分、CFD(computational fluid dynamics)计算和后处理过程全自动集成的优化平台, 以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数, 采用实验设计法(design of experiments, DOE)和序列二次规划法(sequential quadratic programming, SQP)组合策略进行优化设计. 将优化后得到的新叶轮和原始叶轮进行对比分析发现, 优化后泵流道内堵塞情况减少, 扬程提高, 0.6Q 工况以后优化叶轮的效率比原始叶轮高, 同时最高点效率提高了2% 以上. 研究结果表明, 该设计方法切实可行.     

离心泵启动过程的数值模拟

离心泵启动过程中,数值模拟方法需要给定叶轮转速随时间变化的经验公式,针对这些不足,从转矩平衡方程的角度出发,对ANSYS CFX软件进行二次开发.根据输入的驱动力矩曲线自动更新叶轮转速,建立包含离心泵和循环管路在内的三维封闭模型,并在此基础上对离心泵启动过程进行数值模拟.将计算结果与实验的特性曲线进行对比分析,二者在性能变化趋势上定性一致,证明此计算方法的有效性.