为了探明关节间隙对工业机器人振动特性的影响,建立含间隙非线性的关节机电耦合动力学模型,对该系统间隙稳定性进行数值分析,随后对关节重要零部件开展扭转振动特性仿真研究,并搭建单关节摆臂试验台进行间隙测试。根据采集到的电流信息参数,提出一种基于力矩观测器的间隙补偿策略。间隙实验测试结果与关节系统谐振频域响应的仿真结果验证了所提含间隙关节模型的准确性,且通过补偿前后电流信号的实验结果证明了该补偿策略对提高关节系统稳定性有效。

发展了一种考虑间隙非线性的三维计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合气动弹性算法。结构分析采用虚拟质量法,即把含间隙的非线性系统划分为三个线性子系统,采用虚拟质量模态作为统一的坐标架去表示各线性子系统。结果表明,虚拟质量法计算的线性子系统模态和动力学响应均与有限元直接计算结果一致。结构运动方程积分采用自适应时间步长法,即当线性子系统发生切换时,通过时间步长的自适应使得切换点可以准确捕捉。切换点和自适应时间步长的搜索采用二分法,计算表明二分法能有效地捕捉切换点并保证了数值稳定性。在此基础上与非定常CFD技术结合,在跨音速条件下对三维全动舵面开展气动弹性响应研究。计算表明结构在低于和高于线性颤振速度下均会形成极限环振荡。由于间隙非线性的影响,跨音速极限环的临界速度比线性颤振的跨音...

为减小钝头飞行器超声速飞行的阻力,在整流罩顶端安装多节可伸缩的减阻杆,节间的间隙会引起非线性,对飞行器气动弹性特性产生影响。本文针对含间隙减阻杆的气动弹性问题,提出了非线性结构建模和气动弹性分析方法,利用梁单元和非线性弹簧模拟减阻杆,利用模态综合法建立飞行器系统结构动力学模型,通过计算结构动力学与计算流体动力学耦合求解,获得减阻杆的动力学响应,并进行阻尼辨识,判断系统的气动弹性稳定性。针对不考虑间隙情况研究了不同马赫数不同攻角的减阻杆气动弹性稳定性。针对稳定裕度较小的工况,分析了减阻杆节间间隙对气动弹性稳定性的影响,结果表明,间隙的存在可能削弱气动弹性稳定性,控制间隙尺寸有利于提高气动弹性设计可靠性。

含有间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点。根据目前现代飞行器结构轻量化设计及更大机动性能的发展趋势,非线性颤振问题日益突出,直接关系到飞行器的安全与性能。因此综述了近几十年来带间隙非线性的非线性气动弹性力学模型、非线性系统辨识及非线性动力学与控制等问题的研究进展。在已有相关研究成果的基础上提出了今后值得进一步解决和关注的研究问题。

为了研究间隙非线性对颤振特性的影响,本文采用基于非定常雷诺平均方程的非定常气动力求解方法,耦合结构运动方程建立了时域气动弹性分析系统,并运用该系统计算三自由度无间隙二元翼段构型的颤振速度。采用描述函数法对间隙问题进行处理,得到了间隙非线性所带来的极限环振荡现象,并分析亚跨音速阶段间隙大小对颤振特性的影响。通过研究预加载对颤振特性的影响,得出预加载能够减弱间隙非线性影响,有效提高系统颤振速度。

间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点,研究考虑间隙非线性的控制舵系统的气动弹性特性具有重要意义。基于最小状态拟合方法获得时域降阶气动力模型,并通过Lagrange方程获得系统非线性气动弹性方程;对比分析三种不同非线性控制舵系统的极限环颤振及非线性动力学响应特性,并与等效线化法和时域仿真的结果进行一致性对比。结果表明:俯仰和扑动弹簧刚度的变化对系统颤振边界有显著影响,当俯仰和扑动两个方向同时含有间隙非线性时,系统在线性颤振速度内存在倍周期、混沌等复杂非线性动力学现象。

为研究反馈机构间隙对采煤机液压系统的静态误差及闭环稳定性的影响,分析了4个运动副及其间隙在反馈过程中的相互作用机理,建立了含反馈机构间隙的数字液压缸模型。通过比较间隙的负倒频曲线与线性部分奈奎斯特曲线的位置关系,发现间隙不影响系统稳定性。采用静态分析方法,导出各间隙引起的静态误差表达式,揭示影响静态误差的因素及规律。建立了数字液压缸的AMESim仿真模型并进行了仿真研究。试验验证了理论及仿真分析的正确性。