刚柔耦合动力学实验台的实现

摘要

在航天器、机械臂及机器人、兵器与车辆工程等众多领域中，刚柔耦合动力学问题都是研究热点。同理论研究相比，刚柔耦合实验研究受到各种条件的限制，开展得较少。
　　单轴气浮台依靠压缩气体在台体与轴承座之间形成的极薄气膜，使气浮台整体浮起，从而实现模拟近似无摩擦的运动。本文在单轴气浮台的基础上，研制了刚柔耦合动力学实验台。该系统稳定可靠、操作简单、性能高效以及具有良好的扩展性，能够适应各种复杂和特殊的实验要求。全文主要有以下四个方面的内容：
　　全面总结了刚柔耦合问题的研究现状和重要性，并指出刚柔耦合实验存在问题以及研究的方向。
　　介绍刚柔耦合实验台的工作原理，根据系统的功能要求，设计了系统的机械构型。实验台可绕中心刚体中心轴自由转动，利用电机驱动实现中心刚体与柔性附件的铅锤方向相对转动，同时也可以改变系统的刚柔比。综合研发成本、开发周期、性能指标、日常维护等因素利用CompactRIO设计了一套测量控制系统的硬件。该系统具备多路数据采集、控制和实时监测等功能。利用LabVIEW图形化编程软件编写刚柔耦合实验台的测量控制程序。
　　在完成刚柔耦合动力学实验台的硬件搭建和软件编写之后，还需要对整个系统的动力学参数进行测量。主要研究了中心刚体的转动惯量，阻力系数和电磁喷气阀的加速性能，对应变采集模块进行了标定，柔性板的约束模态和自由模态的前三阶频率。
　　设计了中心刚体-柔性梁的频率特性实验，不同刚度、不同刚柔比下系统的自由振动实验，刚柔耦合系统的动力学实验，曲梁的动力学实验，验证了刚柔耦合实验台的工作能力。系统在自由振动的情况下，中心刚体主要受到自身的振动频率和柔性梁的第一阶频率的影响，柔性梁还会受到第二阶频率的影响，高阶频率对柔性梁和中心刚体的影响很小。随着弹簧刚度增大，中心刚体和弹簧组成的振子系统的频率和柔性梁振动的频率均有上升。刚柔惯量比增加，也会导致柔性梁振动的频率增加。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1引言

1.2刚柔耦合实验研究背景及意义

1.3刚柔耦合实验研究的现状

1.4刚柔耦合实验研究存在的问题

1.5本文的组成框架和主要研究内容

第二章 刚柔耦合动力学实验台整体设计

2.1引言

2.2刚柔耦合动力学实验台系统配置

2.3刚柔耦合动力学实验台的机械构型

2.4刚柔耦合实验台系统硬件设计

2.5刚柔耦合实验台的测量控制系统程序编写

2.6刚柔耦合实验台基本参数指标

2.7本章小结

第三章 刚柔耦合实验台动力学参数的测量

3.1引言

3.2刚柔耦合实验台中心刚体转动惯量的测量

3.3刚柔耦合实验台的阻力系数

3.4电磁喷气阀的加速性能测试

3.5应变采集模块标定

3.6柔性板模态参数的测量

3.7本章小结

第四章 中心刚体-柔性体刚柔耦合系统实验

4.1引言

4.2中心刚体-柔性梁频率特性实验

4.3中心刚体-柔性梁自由振动实验

4.4刚柔耦合动力学实验

4.5曲梁的相关实验

4.6本章小结

第五章 全文总结

5.1主要工作

5.2主要创新

5.3研究展望

参考文献

致谢

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