自由活塞斯特林发动机相位特性

为了研究自由活塞斯特林发动机的振动位移相位特性,建立了耦合发动机热力学和动力学的计算模型.在模型中对压力波进行了线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机两个活塞振动位移之间相位的计算公式.分析了主要参数对发动机相位角的影响规律,发现:自由活塞斯特林发动机必须在一定的充气压力范围内才满足发动机启动的配气活塞位移领先动力活塞位移的相位关系;负载电阻的变化会使电磁阻尼系数发生改变,进而影响相位关系;动力活塞板簧刚度对相位角影响较小,而配气活塞板簧刚度对相位角影响较大.     

自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究

将自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合,构成自由活塞斯特林发电机.分析了该发电机的系统结构和运行机理,建立了自由活塞斯特林发电机的质量-弹簧-阻尼系统模型.利用力多边形方法对自由活塞斯特林发电机的动力活塞和配气活塞进行了动力学分析,在力多边形图上可以直观地看出自由活塞斯特林发电机的受力情况以及位移或压力相位角之间的关系,并利用示功三角形表征了压缩功和膨胀功.此外,还对直线发电机的输出特性进行了研究,推导了输出功率的计算公式.研究表明,通过调节负载参数,可以控制自由活塞斯特林发电机的输出功率.     

自由活塞发电机动力学过程的非线性模型

为分析自由活塞发电机的动力学过程,提出一个可解析求解的动力学模型.根据自由活塞发电机的动力和负载特性,建立了自由活塞发电机动力学过程的非线性模型,利用能量平衡原理得到了该非线性模型的一次近似解.结果表明:自由活塞发电机系统为典型的自激系统,存在一个稳定极限环;系统的稳定运行频率由燃烧室内气体的非线性刚度、燃烧能量及速度共同决定,并且后者为主导因素.     

自由活塞直线发电机总体参数设计方法

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建了一种自由活塞直线发电机总体参数匹配模型,进而总结出一种利用振动特性的自由活塞直线发电机总体结构参数设计方法。利用该方法完成了一台原理样机的设计,并通过仿真和试验进行了验证,试验结果表明:仿真和试验的运行频率与设计目标最大误差为13.4%,最高燃烧压力最大误差10.5%,输出功率最大误差为6%,接近设计目标值。     

车用天然气发动机活塞稳态温度存储法测量

设计、制作了一套活塞稳态温度存储测试系统.实验前对该装置进行了高温可靠性试验,并对各测量通道进行了误差标定,发现各通道平均测量误差不超过0.07mV,再综合热电偶和铂电阻的随机误差,系统测温误差小于5℃.利用该系统测量了一台车用大功率压缩天然气发动机沿外特性曲线上1 100,1 200,1 300,1 500,1 700和1 900r/min这6个工况点的活塞稳态温度.测量结果表明:该系统可在高温、高负载下可靠、稳定地工作;该发动机活塞上的几个测点中,火力岸温度最高,在1 200r/min下达到284℃,在此温度下,该活塞满足该型发动机的可靠性要求.     

基于多体系统传递矩阵的柴油机配气系统动力学分析

利用多体系统传递矩阵分析柴油机配气系统的动力学特性,推导基于多体系统传递矩阵的动力学模型建模过程,建立了配气系统基于多体系统传递矩阵的单质量和二质量动力学模型.为检验该方法建模的有效性,以某柴油机配气系统为例,将以新方法建立的多体系统传递矩阵模型与多刚体系统动力学模型、GTSUITE建立的多柔体动力学模型进行比较.实验表明,多体系统传递矩阵模型较多刚体系统动力学模型对于气门的升程曲线、丰满系数等参数的计算值误差更小,且求解更简便;较多柔体动力学模型建模更方便、快捷.     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法

针对变负载下接触环境刚度不确定时液压驱动机器人末端执行器动态性能差的问题,提出了基于时间-误差绝对值积分控制器(ITAE)的液压串联弹性执行器(SEA)动态位置控制方法。首先,根据液压缸的流量连续性方程和活塞与负载的动力学方程,以负载与活塞的位移、速度及负载压力差作为状态变量,运用状态空间法建立液压SEA的五阶状态空间模型;然后,考虑系统带宽、阻抗和重载工况对串联弹簧刚度的不同要求,确定出串联弹簧刚度范围,兼顾系统的快速响应性和稳定性,对时间与误差的绝对值乘积积分,构建基于ITAE的控制器;最后,采用ITAE控制器实现变负载下液压SEA动态位置的精确控制。仿真实验结果表明：在纯惯性负载下,ITAE控制器相比基于灰狼优化的PD控制器(GWO-PD控制器),响应速度快12.5%,稳态误差减小93%;在纯惯性-复合负载切换工况下,当串联弹簧刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快80%,稳态误差减小18%,而GWO-PD控制器在弹簧刚度较小时产生高频振荡,最大振荡为13.83%;当接触环境刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快81%,稳态误差减小45...     

基于Elman神经网络的动力配煤发热量及着火温度的预测

针对采用实验法测定电厂动力配煤的发热量和着火温度存在操作繁琐和信息滞后较大等不足,建立Elman神经网络预测模型.该网络模型在学习过程中确定混煤的发热量和着火温度与单煤的水分、灰分、挥发分之间的非线性映射关系.模型利用单煤的水分、灰分和挥发分含量直接预测混煤的发热量和着火温度,预测结果误差较小.利用置信区间分析法对预测模型的预测效果进行检验.研究结果表明:预测模型具有较高的可靠性和置信度.     

气腿式凿岩机活塞的非线性动力学特性

以气腿式凿岩机活塞为研究对象,根据实际工况建立了活塞和钎杆冲击系统的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对活塞冲程过程进行了非线性动力学特性分析,得到了活塞与钎杆各个时刻的应力应变情况.结果表明,活塞冲击能的计算结果与实验结果相比误差较小;活塞的最大应力发生在撞击端面上,此外活塞的花键根部也是受力较大的薄弱环节,最大应力介于其疲劳极限与屈服极限之间;活塞的失效形式为端面接触疲劳和花键根部处疲劳断裂,与实际情况十分吻合.     

基于遗传神经网络的车轮匹配整车逆动力学

为深入研究机械弹性车轮(MEW)的力学性能和整车稳定性的相互匹配关系,在Simulink中建立了整车非线性三自由度模型;利用基遗传算法对车轮模型参数进行辨识,并提取侧偏刚度与侧向力峰值作为车轮力学特性的评价指标;利用该模型进行了前后轴不同侧偏刚度和侧向力峰值组合的汽车前轮正弦输入模拟仿真,得到若干组汽车稳定性指标参数;利用遗传算法优化,建立了输入为汽车稳定性评价指标,输出为前后轮侧偏刚度和侧向力峰值组合的BP神经网络逆动力学模型.研究结果表明:遗传算法对车轮参数识别误差小于4%,用遗传神经网络算法(GANN)得到的测试结果最大误差为6.2%,平均误差为3.1%,所建立的遗传神经网络模型具有较高的车轮侧偏特性预测能力.     

考虑摩擦补偿的SEA弹性体刚度在线估计方法

提出了一种考虑摩擦补偿的串联弹性作动器(SEA)弹性体刚度在线估计方法.该方法利用作动器在适当条件下电机电流补偿摩擦力矩后估计的力矩来实时校准弹性体刚度,以减小弹性体刚度变化带来的力矩估计误差.通过实验定量分析了基于谐波减速器的系统摩擦力矩模型参数.对比弹性模型和电流模型计算力矩的优缺点,分析出当电机角速度在适当范围且负载变化较小的稳定状态时,电流力矩模型补偿摩擦力矩后可准确地计算负载力矩.负载稳定状态时,以电流模型估计力矩,并采用卡尔曼滤波算法对弹性体刚度实时校准.负载不稳定状态时,以弹性模型估计力矩.实验结果表明,本方法能有效克服弹性体刚度变化导致的力矩误差.     

SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度特性研究

研究了嵌入形状记忆合金(SMA)纤维复合材料变截面板弹簧的刚度性能.首先分析一类常用SMA材料的基本力学性能,讨论了基于Brinson本构模型下的受限回复特性.在建立具有SMA纤维的各向异性层合梁的本构方程的基础上,利用瑞利-利兹能量法求板簧的挠度,给出板簧刚度的表达式.最后,运用MATLAB进行数值计算,得到了SMA纤维复合材料变截面板簧刚度随温度、铺层角、SMA含量的变化关系曲线,揭示了SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度可调节机理.     

自由活塞柴油直线发电机均质充量压燃工况分析

在分析活塞运动规律基础上,针对自由活塞柴油直线发电机HCCI燃烧过程,建立了耦合柴油详细化学反应机理的CFD模型,搭建了对置二冲程自由活塞柴油直线发电机实验样机系统,并通过实验测试结果验证了该CFD模型的有效性.仿真分析了初始温度、初始压力、当量比和压缩比等工况变化对HCCI燃烧的影响.仿真结果表明:自由活塞柴油直线发电机HCCI燃烧具有典型的两阶段特征,先进行低温反应放热阶段,后进行高温反应放热阶段;随初始温度、初始压力、当量比和压缩比的增大,燃烧相位提前,燃烧放热率峰值、缸内最高温度和最大压力随之增大.     

考虑连杆-曲轴变惯性影响的活塞二阶运动分析

为分析活塞二阶运动轨迹和裙部侧向力,提出一个包括连杆和曲柄动力学在内的活塞动力学和摩擦学耦合分析模型.该模型同时也将活塞环组摩擦力、活塞销和曲轴偏置、配缸间隙对活塞动力学和摩擦学的影响考虑在内.计算和比较了连杆和曲轴变惯性对活塞二阶运动和侧向力的影响,同时也分析了配缸间隙对活塞二阶运动的影响.结果表明,连杆变惯性及配缸间隙都对活塞二阶运动和裙部侧向力有重要影响.     

板簧的改进中性面法柔体建模与刚度分析

针对采用中性面法在ADAMS中建立板簧柔体模型速度较慢、计算板簧刚度误差较大的问题,提出了改进中性面法的建模思想,将所有主簧简化为某个等效中性面的单片主簧,考虑骑马螺栓约束的前提下,将中性面按厚度基本相似原则分成若干等强度直线段,按板簧中性面上各段真实特性设定Beam单元参数来模拟这些直线段.以某渐变刚度板簧为例,应用...     

基于支持向量回归的风电场短期功率预测

针对风电场的短期功率预测,提出了一种考虑风电机组运行条件的用于风电场短期功率预测的新方法.首先,利用风力发电机的监控和数据采集(SCADA)系统数据计算输出功率和运行条件之间的皮尔逊相关系数,验证了SCADA监测项目对风力发电机输出功率的具有相关性;其次,建立支持向量回归(SVR)模型来预测单个风力发电机的风力与气象、运行状态的关系,发现了考虑运行条件的模型的预测结果优于仅考虑气象信息的模型的预测结果;最后,考虑到不同空间位置的风力发电机组对风电场输出功率的贡献不同,建立了各风力发电机预测功率和风电场预测功率输出之间的回归模型.试验结果表明:所提出的风场回归模型的预测误差小于风力涡轮机所有预测功率的模型的预测误差,从而验证了该方法的有效性.     

简谐激励下声学黑洞梁的疲劳裂纹扩展分析

针对含有裂纹的声学黑洞(ABH)梁,基于假设振型法建立振动力学方程,采用包含裂纹位置及深度信息的等效弯曲刚度模型描述裂纹对ABH梁振型的影响.利用Paris公式模拟疲劳裂纹的扩展速率,提出ABH梁的振动疲劳寿命预测流程图. MATLAB数值模拟与COMSOL有限元分析结果表明,基于等效弯曲刚度模型的数值模型与有限元仿真结果吻合.裂纹扩展分析表明, ABH梁特征频率的阶数与疲劳寿命没有内在关系.振动疲劳模拟表明ABH结构的特征参数会影响疲劳寿命分布.     

发动机活塞拍击动力学分析及活塞表面磨损预测

针对活塞在缸内的拍击直接导致了活塞和气缸套摩擦磨损的问题,提出在多体动力学分析软件AVL-EXCITE中建立包括活塞、气缸套、活塞环组、活塞销以及连杆的模型,输入发动机相关结构参数和工况条件,进行了活塞拍击动力学仿真,利用模拟结果数据预测活塞表面磨损趋势和分析了活塞型线的变化.结果表明:活塞拍击运动参数随活塞和气缸套之间的间隙变大而增大,本来有中凸型线的活塞变成倾斜圆筒活塞.模拟结果跟实际观察结果相对比,二者有比较好的一致性.     

茶苏打饼干货架寿命预测模型的建立

采用两种数学模型,即Arrhenius模型和Q10模型,预测茶苏打饼干的货架期并比较误差值,确定最优模型.以一级动力学理论为基础,研究了不同温度(24,34,44,54℃)储藏过程中,茶苏打饼干的过氧化值随时间的变化,利用Arrhenius方程和Q10方程建立储藏温度和过氧化值反应速率的关系,验证茶苏打饼干在28,38,48℃条件下的货架期并与真实值对比.结果表明Arrhenius模型的最大预测误差达到10.9％,Q10模型的最大预测误差为4.3％.因此,Q10模型可以较好地反应货架寿命和温度之间的关系.相比于Arrhenius模型,Q10模型的准确性更高,可以用来预测茶苏打饼干的货架期.