耦合运动

摘要： 当船舱内部分别载有水和冰时,每个水质点具有不同的加速度,而所有冰质点具有相同的加速度,这将导致相同质量水舱和冰舱具有完全不同的运动特性。基于开源软件OpenFOAM模拟二维液舱和冰舱在波浪中的运动过程,通过将载水舱与含有等质量冰的载冰舱的计算结果进行比较,研究液舱内水运动对于液舱运动特性的影响。建立以N-S方程和连续性方程为控制方程的计算模型,采用有限体积法(FVM)离散控制方程,采用流体体积法(VOF)捕捉自由液面,采用动网格技术处理物体运动所导致的网格变形。研究舱内水或冰,外部波浪与液舱的相互作用,分析三者之间的耦合作用机理。研究发现,相同质量的水和冰发生状态转化以后固有频率发生了显著的变化,因此船舱固有频率和波浪频率的相对关系发生变化,进而影响载水舱和载冰舱的运动幅值。

摘要： 为研究外流场非线性对船体与液舱晃荡耦合运动性能的影响,本文基于势流理论提出一种计算波浪中船体与液舱晃荡耦合的时域混杂法。该方法对外流场的入射波力和静恢复力计算考虑了波浪环境下瞬时湿表面的非线性影响;对于内部流动的液舱晃荡采用时域边界元法,将该舱液面引起的力矩进行修正,实现对规则波不同工况下耦合运动时历的求解。本文以S175为例,对规则波中迎浪与横浪情况下有无航速的载液船舶运动响应进行模拟,并与实验数据对比验证。研究表明:本方法考虑外流场非线性后,能对不同工况下的船体液舱晃荡能给出较好的模拟结果,并且相较线性方法有一定的改善,为工程应用提供快速高效的技术手段。

摘要： 针对铝合金铸件中常见的渣气孔缺陷,综合考虑铸造过程中渣粒的聚合运动与氢气的析出吸附之间的动态耦合特征,构建了渣气耦合运动数学模型。研究了铝合金充型及凝固过程中氢气析出、吸附长大、碰撞聚合及随流运动过程,并对圆柱形试样中渣气孔的分布及形貌进行了试验与模拟研究。结果表明,渣气耦合现象促进了渣粒与氢气的上浮,降低了铸件内部渣、气缺陷出现几率。所建立的渣气耦合运动模型提升了对渣气孔缺陷预测的准确性。

摘要： 基于水动力学势流理论,对起重船-吊物系统进行了水动力建模,分析了起重船—吊物耦合系统在不规则波中的运动响应。对比了波高、波周期和遭遇角等波浪参数对起重船-吊物系统的耦合运动响应的影响。可为起重船吊装作业时海况窗口期选择和运动姿态的控制提供支撑。

摘要： 针对某型靶弹通用发射平台,开展该平台在摇摆载荷作用下的回转和俯仰耦合动力学特性的研究。将原有陆基发射平台的回转俯仰耦合动力学扩展到海上平台,分析其在某型船6级海况下的运动特性和回转俯仰耦合动力学特性;将6级海况等效为沿3坐标系的等效加速度,基于ADAMS对该海况下的靶弹通用发射平台进行仿真分析。仿真结果表明,该研究对复杂海况下发射平台的结构强度和运动规律均具有一定的指导意义。

摘要： 基于CFD方法,运用水动力计算软件STAR CCM+对一载液浮式生产储卸油船(FPSO)模型进行数值模拟,分析横浪状况下波浪频率、波幅、液舱装载率对FPSO液舱晃荡与船舶耦合运动的影响。结果表明:液舱晃荡对FPSO垂荡运动基本无影响,横摇运动的影响因波浪频率变化表现为增摇或者减摇;当波长接近船长时,载液率增加,船舶横摇幅值增大,波幅增大时,FPSO运动响应加剧,液舱晃荡对舱壁的砰击更加剧烈。

摘要： 垂荡式波能转换装置因其体积较小,可以适应各种水深,易于与浮式平台阵列化结合。本文以OC4-DeepCwind风机平台为研究对象,基于考虑粘性修正方法的势流软件AQWA,建立阵列式多浮体耦合水动力模型,研究了规则波作用下浮子对平台运动的影响规律及波浪能浮子能量转换特性。结果表明,加入浮子可有效抑制平台垂荡和纵摇运动,但浮子尺寸过大会增加纵摇运动;浮子阵列总发电功率峰值滞后于共振周期,且理论峰值对应阻尼小于单自由度浮子最优PTO阻尼。

摘要： "蓝鲸"号起重船舶在海上吊装大型上部组块施工过程中,有时受现场条件限制,会出现横浪吊装作业工况,此时组块运动容易偏大,威胁作业的安全,甚至造成设备损坏和人员伤亡事故.本文针对横浪-系泊系统-起重船-吊缆-上部组块复杂耦合系统,开展了数值模拟研究工作,分析吊装组块的运动响应规律和特性.将规则波中运动响应预报结果与水池模型试验结果进行了对比分析,验证了数值模拟的合理性及其精确性,揭示了起重船和吊物的耦合运动机理.针对典型横浪不规则波工况,开展了运动响应预报,并和Noble Denton相关衡准进行了对比,给出了允许施工作业工况的建议.

摘要： 为提高推进与滑翔模式下混合驱动无人水下滑翔机(Hybrid Driven Unmanned Underwater Glider,HUG)运动控制精度,基于黏性流体理论,采用滑移与随体动网格技术,耦合求解运动响应方程,进行HUG全耦合运动响应数值预报研究,开展推进模式下HUG在水平面内直航运动、绕圆运动与滑翔模式下HUG下潜和上浮运动的数值预报,分析在推进器同步推进和差速回转下HUG的运动响应及不同重心位置对HUG滑翔姿态的影响.研究成果对HUG的结构与控制系统设计具有重要的指导意义.

摘要： 采用数值模拟和物理模型试验,对比顶浪下蓝疆号系泊起重船吊物系统的运动特性.分析吊物运动对周期和波高变化的敏感性.依据Noble Denton浮式起重船操作规范,结合我国东海海况,对蓝疆号起重船吊装1000 t和3000 t组块的适用性进行分析,为蓝疆号起重船在海上作业的适用性提供理论依据.

摘要： S型铺管因其铺管效率高、适应能力及持续作业能力强的特点而被广泛应用于海底管线铺设作业中.本文对S型铺管作业数值模拟进行了研究,采用三维势流理论计算波浪对作业状态下的铺管船体的作用;对于S形管线的垂弯段,将模型简化为细长杆模型,并采用有限元法实现张力响应的数值计算;建立了船体-管线在目标海域多种环境载荷作用下的动力响应数理模型.该模型为S型铺管船体-管线耦合运动响应的快速预报提供了理论参考和数值实现手段.

摘要： 考虑波流联合作用,计及瞬时波面升高和排水体积变化,建立Spar平台垂荡-横摇-纵摇三自由度耦合运动方程;采用波浪叠加的方法生成随机波面,进而结合波浪力传递函数生成随机波浪载荷;采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对超高雷诺数的圆柱绕流进行数值模拟,计算二维圆柱在不同流速海流作用下的涡激升力系数和泄涡频率,通过涡激升力系数沿Spar主体积分计算引起横摇运动的涡激力矩;通过数值方法求解方程,对Spar平台的垂荡-横摇-纵摇耦合运动进行时域模拟,并对比研究不同海域海况下的运动响应.

摘要： 本文主要研究了在随机波作用下桁架式Spar平台与锚链耦合运动的响应分析.应用集中质量法,考虑波浪水质点速度,编制MATLAB程序计算系缆瞬时张力,并与悬链线方法计算系缆瞬时张力作比较;考虑垂荡、纵摇耦合的非线性回复力;用四阶Runge-Kutta法求解平台运动、系泊缆张力时程,计算平台纵摇角的概率密度函数;并对计算结果进行分析,找出变化规律,为数值模拟研究和平台设计提出意见和建议.

摘要： 刚性立管是Spar平台中重要的生产设备之一。在平台内部,刚性立管顶端所需的张力由月池内的浮力罐提供,浮力罐在水平方向由导向架支撑。平台运动过程中,浮力罐及立管与平台主体发生相对运动和相互动力作用,在水平方向上发生带有空隙效应的碰撞现象,在垂向产生库仑摩擦效应。这是一种复杂的非线性多点接触耦合动力现象,对平台主体和浮力罐的运动及性能都有着重要影响。因此,无论从平台主体设计及水动力性能方面.还是从浮力罐疲劳分析及安全性方面考虑,都有必要对Spar平台与浮力罐之间的耦合运动进行深入的研究。本文介绍了目前国际上相关研究情况及进展,并指出了未来的发展方向。

摘要： 飞机紧急情况下在海上着水时机身遭遇巨大的砰击载荷.海上波浪波高与波长对砰击载荷有重大影响.本文通过计算流体力学方法对TN2929飞机模型在波浪中着水砰击的耦合运动过程进行数值模拟,对飞机机身匀速砰击波浪载荷、飞机在波浪中不同位置自由着水的水动力砰击载荷与运动进行研究.首先研究飞机机身匀速砰击波浪,通过实验数据验证数值算法的可行性.其次采用耦合动力学方法模拟飞机在波峰与波谷着水的耦合运动,发现波谷处着水的砰击载荷较波峰处着水的砰击载荷小,但均大于静水中的砰击载荷.进一步研究了波长对砰击载荷的影响规律,波长与机身接近时的砰击最剧烈,波长大于两倍机身长度时的波浪砰击载荷变得缓和.

摘要： 起重船在波浪中进行起重作业时,与吊重摆动相互耦合,会严重影响起重作业安全.本文针对1艘起重铺管船,首先考虑环境载荷影响,建立了船舶与吊重耦合运动的时域计算模型;其次开展了不同海况下起吊作业动态连续过程的时域运动模拟研究;最后获得了起吊作业过程中船舶运动变化规律以及船体和吊重摆动的相互影响.计算结果表明不同起吊阶段,船体与吊重的运动相互影响明显,具有较强的相关性.

摘要： 基于势流理论研究了有限尺度的楔形、锥形结构的垂向自由入水砰击问题.有限尺度的楔形或锥形结构在穿透水面的过程中,水体在结构的折角边缘发生分离;本文采用完全非线性自由面条件及边界元方法,在流体分离点处引入速度连续条件,模拟自由面形状的变化,计算入水过程中的载荷,考察结构物发生流体分离状况下的耦合运动.随着入水距离的增加，流体在结构折边缘分离，结构遭遇的减(加)速度快速减小，物面压力亦减小，发生分离后水动力载荷、运动速度均受到明显的影响。

摘要： 本文讨论了近空间高超声速飞行器与滚动相关的动稳定问题:包括单自由度滚动、俯仰拉起和滚动及横侧运动的耦合.在耦合运动情况下,讨论了惯性力矩的贡献.文中给出了判定其动稳定性的若干判则.并和实验结果、数值模拟结果作了比较,结论是一致的.

摘要： 本文研究传统Spar平台在长周期规则波浪下的和型组合共振现象。考虑垂荡与纵摇运动的相互影响以及瞬时波面对于纵摇运动的参数激励作用,建立平台两自由度耦合运动方程。采用多尺度法导出了当波浪频率接近垂荡与纵摇固有频率之和时方程的一阶摄动解。针对一座实际Spar平台,通过求解幅值分岔方程，得到平台在不同波高下的运动响应并进行了数值模拟。计算结果发现，当波浪幅值超过某一极限值时，平台出现较大幅值的垂荡与纵摇亚谐共振运动。研究结果揭示了Spar平台出现和型组合共振的条件和组合共振时的动力特性。

摘要： 潜艇做水平面转向运动时,受主艇体与围壳干扰后的流场作用于艇上产生的水动力与力矩,使潜艇常伴随出现另外两个坐标平面上的耦合运动.而围壳的高度与外形特征对耦合运动的幅度有着直接的影响.本文采用CFD方法计算了MSU模型在一定漂角范围内的艇体表面压力分布及部分水动力,并在此基础上针对一近似常规潜艇模型的指挥室围壳进行优化,计算表明低矮化、后缘流线型化的围壳能有效降低艇体水平转向时的横倾与纵倾幅度,为潜艇指挥室围壳的外形优化设计提供参考.

摘要： 本发明提出了一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，用以解决现有常规的PID控制方法达不到大臂耦合运动控制需求的问题。本发明控制外环包括至少两个位置环，控制内环包括至少两个速度环，位置环输出至少两个油缸运动速度，相应地油缸运动速度进行叠加计算，分别得到叠加后的设定运动速度，将设定运动速度作为速度环的输入，根据速度环的输出得到控制大臂油缸运动的比例阀开度值。本发明位置环的反馈角度值为编码器数值，速度环的反馈速度利用编码器角度和油缸结构三角函数关系计算；有效解决了凿岩机大臂因耦合运动导致大臂左右摆动和上下俯仰两关节无法同时控制的问题，实现大臂双关节联动，降低大臂运动控制时间，提高工作效率。

摘要： 本发明涉及一种基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器与控制方法，属于精密机械领域。包括底座、柔性机构、压电元件、预紧垫块、转子。柔性机构通过其旋转对称分布的驱动足，配合压电元件产生微米级运动驱动转子旋转；压电元件基于逆压电效应将电能转化为动能，驱动柔性机构动作；预紧垫块用于配合预紧螺钉调整驱动足与转子间的摩擦力；转子作为驱动装置的输出终端。具有转角分辨率高、运动平稳、响应迅速、转速快等优点，且具有无电磁干扰、结构紧凑、轻巧的特点，加工简单，装配简便，成本低，功耗低，噪音小。适用范围广，在精密仪器、精密光学、航空航天和显微操作等领域具有良好的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种刚柔耦合运动平台的扩张状态观测器‑模型预测控制方法，包括：建立刚柔耦合运动平台的动力学模型，并基于此提出适用于刚柔耦合运动平台的预测模型；利用所述预测模型，设计适用于刚柔耦合运动平台高精密控制过程中的滚动优化，其中，将预测输出与运动规划输入之间的累计误差定义为优化目标函数；将扩张观测器应用于预测模型的反馈技术中，形成闭环的控制算法。本发明针对高精度控制，结合柔性铰链的特点，提出了一种基于ESO反馈的MPC控制方法，利用ESO的反馈，使模型预测可以实时获取刚柔耦合运动平台受到的扰动，从而得到控制优化的最优解，以提高控制效果。

摘要： 本发明公开了一种持续载荷模拟器多轴耦合运动奇异性控制方法，包括以下步骤：S1：建立模拟器的轴运动数学关系；S2：在姿态控制的雅克比中将主臂与其他转轴进行解耦合；S3：对当前结果进行奇异程度的量化；S4：对奇异程度量化进行快速求解；S5：解算出奇异程度量化结果后，设计奇异控制模块。本发明在充分利用轴运动行程的情况下，进行了奇异点的过渡。通过控制指令比例缩小的方式来避免奇异点的附近因为轴机械范围限制而出现突变的情况，从而提高飞行模拟的平稳性和逼真度。

摘要： 本发明涉及一种多轴刚柔耦合运动平台，所述多轴刚柔耦合运动平台包括：三个单轴刚柔耦合运动平台，每个所述单轴刚柔耦合运动平台都包括：直线导轨、基座、核心运动平台、承载刚度增强柔性铰链组、运动平台刚性框架、直线导轨滑块、直线驱动器；所述第一单轴刚柔耦合运动平台的基座的一端与所述第二刚柔耦合运动平台的核心运动平台连接，所述第一单轴刚柔耦合运动平台的基座的另一端与所述第三单轴刚柔耦合运动平台的核心运动平台连接。该多轴刚柔耦合运动平台工作面积大，承载能力强，可以根据具体要求灵活地构建所需轴数的各种大行程高精度多轴运动平台。

摘要： 本发明公开一种水面船舶与拖曳系统耦合运动分析方法，属于船舶与海洋工程技术领域。本发明通过构建水面船舶的六自由度运动模型，构建拖缆运动控制模型，构建水下拖体的六自由度运动模型，构建水面船舶‑拖缆‑拖体的运动控制模型，采用三维面元法确定船舶运动模型中的水动力系数，采用四阶龙格‑库塔方法确定水面船舶以及拖体的六自由度运动，采用有限差分方法确定拖缆的张力以及摇荡运动。本发明通过定量分析水面船舶摇荡运动对拖缆的拖力和拖缆的摇荡运动影响，以及拖缆对水面船舶摇荡运动的影响，辅助优化水面船舶尾部结构、拖缆外形、拖体外形，提升水面船舶航行性能，提高拖曳系统作业安全。

摘要： 本发明公开了一种适用于常温水池的冰与海洋结构物耦合运动实验装置，水池底部系泊有海洋平台模型，池中设有模型冰，该装置安装在水池上方，包括用于将装置安装在水池上方的固定支架、用于调整模型冰间相对位置的空间调整机构、用于对模型冰的位置进行纵向调节同时限制其水平位移的升降机构和用于配合升降机构对模型冰进行位置调整的拓伸机构。本发明可以根据实验研究需求，精准控制模拟浮冰区域与系泊浮式平台之间的相对位置，并可以灵活调整浮冰区域中浮冰密集度以及浮冰的空间分布形式，同时利用力学性质等效的模型浮冰，能够用于常温水池，不需进行制冰和调整水池温度，相比于低温冰水池实验可以极大降低实验成本。

摘要： 本发明涉及医疗器械领域，公开一种耦合运动链的连续体机构及手术工具。其包括：连续体机构和运动链，连续体机构包括基盘、止盘和结构骨，结构骨与止盘固定连接并贯穿基盘。运动链与止盘和基盘连接，运动链包括至少一个多面体单元，各多面体单元包括在空间交错且相互垂直的两条棱边，相邻的两个多面体单元的棱边彼此重合。所述手术工具包括上述连续体机构。本发明提供的耦合运动链的连续体机构及手术工具，具有灵活弯曲能力的同时，提高了连续体机构沿管体轴向的抗扭能力，提升了负载能力和运动精确性，降低了手术操作难度，延长了手术工具的使用寿命。

摘要： 本发明公开了一种针对冗余自由度水射流机床耦合运动的逆解优化方法，包括以下步骤：S1：搭建机床硬件系统并建立机床DH模型；S2：根据水射流机床的特点提出三种冗余参数方案；S3：对冗余参数ρ

摘要： 本实用新型公开刚柔耦合运动抓取装置，包括：柔性机器人，包括柔性臂和设置在柔性臂的第一端上的多根柔性手指；刚性机器人，包括承载底盘和安装在承载底盘上的全方向运动轮；所述柔性臂的第二端设置在刚性机器人的承载底盘上；通过驱动全方向运动轮运转带动承载底盘及柔性机器人实现全方向运动，通过控制柔性机器人的驱动源实现柔性臂带动柔性手指运动至目标位置并执行抓取动作。本实用新型提出了刚柔耦合运动抓取装置，将柔机器人与刚性机器人相结合，既具备柔机器人的柔性臂的高自由度，柔性手指能够抓握复杂对象的优势，又具备刚性机器人能够突破活动范围的限制。