为了研究机构在复杂压力作用下的材料性能,设计了一套气动变载荷压力加载系统用来模拟复杂压力加载作用。但由于在实际气动压力加载系统应用中存在易受干扰、时滞性大和非线性等问题,难以实现给定波形的精确跟踪。为了提高气动变载荷压力加载系统的跟踪精度,设计了一种分数阶PID(proportion integration differentiation)改进型自抗扰控制器应用于气动变载荷压力加载控制之中,该控制器利用分数阶PID取代常规自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈器,因此结合了分数阶PID控制器良好的动态性能和自抗扰控制器良好的抗干扰能力。和常规自抗扰控制进行了仿真和试验比较,结果表明,该控制算法响应速度快,跟踪精度高,抗干扰能力强。

针对发生面内弯曲、超弹性材料气动齿状软体驱动器,从非线性本构关系出发,考虑几何非线性,基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)建立二维多梁结构的动力学模型。考虑多点接触,采用罚函数法对相邻气腔之间的软接触问题建模,避免相邻气腔之间的互相穿透,并能准确模拟相邻气腔从不接触到充分接触的变拓扑过程;相比于ANCF实体单元模型,二维梁模型计算规模小,更加高效。通过气动弯曲试验和ABAQUS仿真,验证理论模型的计算精度;在此基础上研究重力对软体驱动器构型的影响,分析充气速率和最终加载气压值对其动力学响应的影响。

基于一系列方形截面超高层建筑气动弹性模型测振风洞试验和刚性模型高频天平测力风洞试验,分析了不同折减风速下外形相同的另一个邻近超高层建筑对目标建筑的横风向风致响应的干扰效应,探讨了气动弹性效应对不同折减风速下的干扰因子和一定风速范围内包络干扰因子的影响。结合典型工况下气动阻尼比和加速度响应均方根值随折减风速的变化曲线讨论了气动弹性效应对干扰效应的影响机理。结果表明在近距离斜上游以及正下游干扰位置附近工况下,气动弹性效应放大了受扰建筑在高折减风速下的干扰因子和包络干扰因子;在来流风速小于涡激共振临界风速时,忽略气动弹性效应一般会使包络干扰因子计算值偏于保守。

研究弯扭耦合共振消减转轴的残余应力的动力稳定性,对转子-轴承系统进行有限元离散,建立动力学模型。然后,对转子-轴承系统进行模态分析,得到合适的阵型。根据共振条件在共振转速之下用Newmark法求得转轴受到扭转振动激励的弯扭耦合位移响应和动应力响应,分析了转轴弯扭耦合共振特性。当转轴从零转速上升到耦合共振转速的过程中,通过Floquet稳定性理论和Poincaré法对参数激励系统进行周期稳定性分析。研究结果表明,弯扭耦合振动时效过程中的耦合动力特性明显,且振动是稳定的,对弯扭耦合共振理论应用于振动时效领域有一定的参考价值。

为解决弯扭耦合复合材料薄壁叶片的发散不稳定问题,阐述了风力机叶片准稳态响应及基于回路传输恢复的LQG（LQG with Loop Transfer Recovery,LLTR）理论控制过程。叶片结构模型是基于周向反对称刚度铺层的复合材料薄壁单闭室翼型;翼型的中线轨迹是S809Ⅱ翼型型线。从直升机叶片的失速气动力模型中提取了一种准稳态气动力模型,经过修正后适合于风力机叶片经典颤振和失速颤振临界状态的研究。分别详细研究了基于输入端回路传输恢复及输出端回路传输恢复两种情况下的LLTR控制,并通过弯扭时域响应和控制器响应的数字仿真比较以及奇异值伯德图曲线对比,论证了LLTR控制算法的稳定性及在颤振抑制方面的优越性。控制算法的实时效应也通过半实物仿真实验平台得到了检验。

双腔固液混合介质隔振器可以通过改变联通管道的节流面积调节隔振系统的动力学特性。设计了一个主动控制阀组，通过控制四个分支油路的通断可以实现对于整个油路节流开度的近似连续调节。对于不同节流开度下的隔振系统的动力学特性进行了实验研究，结果表明，通过改变控制阀组的流通特性，可以有效控制隔振器的刚度和阻尼特性。介绍了FEBC(Frequency Estimation Based Control)控制策略基本原理，并用不同方法对于振动信号基频的实时辨识进行了对比研究。最后基于FEBC控制策略，对于双腔隔振系统的半主动控制进行了实验研究，结果表明，通过变刚度半主动控制，可以有效的规避共振峰值，提高隔振系统的性能。

为了更合理地分析高速圆柱斜齿轮非线性振动特性、有效抑制齿面振动。通过考虑增/减速状态的轮齿承载接触模型,建立了考虑齿背接触特性的圆柱斜齿轮动态啮合刚度,得出齿面啮合刚度同时与啮合时间和齿面振动位移之间的耦合机理;进一步建立考虑齿面/齿背啮合刚度、线外啮合冲击激励的高转速圆柱斜齿轮传动系统非线性振动模型,并在此基础上展开同时计及齿面、齿背接触状态的双齿面减振修形优化研究。实例计算结果表明,计及齿背啮合刚度的振动加速度明显大于未考虑齿背啮合刚度的振动加速度,且系统表现出更加复杂的分叉特性;相较于标准齿面和单面修形,双面修形的圆柱斜齿轮具有最小的齿面振动加速度,且双面修形齿面在减缓圆柱齿轮振动的同时,也增大了系统可供稳定工作的转速区间范围,具有较好的工程实际应用价值,对提升系统稳定...

探索剃齿过程中接触特性对齿形中凹误差的影响规律,对研究中凹误差形成机理具有重要的理论和实际意义。基于弹塑性理论和齿面承载接触分析技术(Loaded Tooth Contact Analysis,LTCA),构建力学模型分析不同载荷条件下剃齿啮合接触特性,阐述了中凹误差形成机理。应用有限元法明确了不同载荷条件下的齿面接触应力及齿廓弹塑性变形区域的划分,并与剃齿试验相比较。结果表明随着载荷的增加齿廓上塑性变形区域随非线性增大;齿根部位较之齿顶所受的应力和变形量更大,峰值出现在节圆附近的中部位置,该区域最易出现塑性变形,同时随着剃齿低周啮合,塑性变形量不断累积,齿形误差复映,最终会在齿廓上出现明显的中凹误差现象;有限元仿真的接触应力和弹塑性区域划分结果可靠,试验验证理论分析及研究结论正确。

探讨了提离式基础对城市高架桥抗震的适用性。基于上海嘉闵线典型两跨高架桥,考虑桩土非线性相互作用,建立了Open Sees全桥动力计算模型。对比分析了提离桩和普通桩基础在不同墩高和地震动强度下的地震响应,以单桩内力响应、桩基配筋率、桩基位移、残余位移作为评价指标评估了提离桩的适用性。结果表明,提离式桩基础通过释放桩头拉力,避免了不利的拉弯受力状态,可以显著降低桩基的配筋需求;尤其对于中、高墩状况,提离桩的性能检算主要由单桩最大竖向承载能力控制;提离式桩基础的最大桩顶水平位移略大,但水平残余位移较小,表明其更好的震后自恢复性,两种基础的最大竖向位移和竖向残余位移基本相当。

针对四边自由矩形板横向振动目前没有精确解的问题,构造出四边自由矩形板横向振动振型函数的一种近似解。由于矩形板发生横向振动时会形成驻波,按不同的驻波类型,我们采用不同的组合级数对驻波所反映的矩形板振型函数精确解进行逼近,进而得到了四边自由矩形板振型函数的近似解。为了验证近似解的有效性,搭建了四边自由矩形薄板横向振动的实验平台。通过简谐激励得到了薄板在0~2000Hz频带内的一系列二维驻波图形(克拉尼斑图)。将实验结果(克拉尼斑图)与近似解得到的驻波图形相比,发现两者从定性、定量两方面均吻合得较好,从而验证了近似解的正确性。