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互补对称摆线推进器的平面复合运动试验研究

机械工程学报 2023年第11期59卷 171-178页

作者：夏丹周旭峰杨光宗陈维山东南大学机械工程学院南京210096 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

围绕海洋强国战略,发展高性能的海洋技术装备,对于提升资源开发能力以及海上国防力量具有重要意义。提出一种基于四五杆平面位置解耦机构的摆线推进器构型,对其进行运动学和力能学建模,并以此为依据研制互补对称摆线推进器样机。通过设... 详细信息

围绕海洋强国战略,发展高性能的海洋技术装备,对于提升资源开发能力以及海上国防力量具有重要意义。提出一种基于四五杆平面位置解耦机构的摆线推进器构型,对其进行运动学和力能学建模,并以此为依据研制互补对称摆线推进器样机。通过设计样机的平面复合运动工况,开展互补对称摆线推进器的公转转速、叶片展长等物理参数对样机平面复合运动性能影响的试验研究。结果表明,通过调节两个摆线推进器的前进角和转向角,可分别实现样机在平面360°范围内沿任意方向移动,以及前进中转向,甚至原地转向的功能。公转转速越高,样机的平面移动速度和推进力越大,推进效率和转弯半径对公转转速的变化并不敏感。叶片展长越长,平面移动速度和推进力越大,推进效率呈现先增大后减小的趋势,转弯半径无明显变化。研究结果对设计和使用摆线推进器均具有很大的指导意义和应用价值。

关键词：摆线推进器互补对称配置平面复合运动四五杆机构

基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学建模

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机械工程学报 2009年第6期45卷 41-49页

作者：夏丹陈维山刘军考韩路辉哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作... 详细信息

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作用的弗劳德—克里洛夫力、鱼体游动过程中的阻力特征,建立仿鱼机器人的动力学模型。数值实例表明,利用该动力学模型,能够有效地实现给定鱼体各环节的运动参数求解作用力矩、给定作用力矩求解运动规律,进一步设计仿鱼机器人各环节的运动规律,寻找一种实现鱼体推进力最大和推进效率最高的规划方法。该动力学模型的建立为研究仿鱼机器人的运动控制算法和规划算法,揭示鱼体利用流场能量的动力学机理提供了重要理论支撑。

关键词：仿鱼机器人动力学模型 Kane方法运动环节

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悬臂梁压电发电装置的实验研究

振动与冲击 2009年第7期28卷 69-72页

作者：袁江波谢涛陈维山肖娜哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为了进行压电陶瓷材料发电性能测试与研究,研制了一套悬臂梁压电振子发电系统。设计了悬臂梁压电振子,并对压电振子进行了有限元分析和电导测试。在此基础上,设计了能量存储电路,并在低频下对悬臂梁压电振子发电性能进行了实验研究。研... 详细信息

为了进行压电陶瓷材料发电性能测试与研究,研制了一套悬臂梁压电振子发电系统。设计了悬臂梁压电振子,并对压电振子进行了有限元分析和电导测试。在此基础上,设计了能量存储电路,并在低频下对悬臂梁压电振子发电性能进行了实验研究。研究结果表明,当悬臂梁压电振子处于谐振频率状态下振动时,输出电压和功率达到最大。输出电压随着负载的增大而增大,输出功率并不随着负载的增大而增大;压电振子存在—个最佳阻抗,当负载与最佳阻抗匹配时,此时压电振子的能量转化效率最高且输出功率最大。利用本实验系统进行压电发电实验测试,当负载为50kΩ时,压电振子输出电压为7V;当负载电阻为15kΩ时,此时的输出功率最大可达到1.4mW,产生的功率可以满足无线传感器等低耗能产品的供能需求。

关键词：压电悬臂梁压电发电有限元分析

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基于虚拟滚动体超声波摩擦改性技术的研究

压电与声光 2003年第2期25卷 165-169页

作者：魏鹏威陈维山北京空间飞行器总体设计部北京100086 哈尔滨工业大学哈尔滨150001

基于所提出的虚拟滚动体的思想,阐述了超声波减摩的实质。设计了一种新型超声马达,借助ANSYS有限元分析软件对其进行了振型分析,并对本样机进行了试验,利用MATLAB进行了运动仿真。说明在两运动体的一方加入超声波,形成的虚拟滚动体可以... 详细信息

基于所提出的虚拟滚动体的思想,阐述了超声波减摩的实质。设计了一种新型超声马达,借助ANSYS有限元分析软件对其进行了振型分析,并对本样机进行了试验,利用MATLAB进行了运动仿真。说明在两运动体的一方加入超声波,形成的虚拟滚动体可以使其摩擦降低。

关键词：虚拟滚动体超声马达有限元分析减摩

格子Boltzmann方法在串列双圆柱绕流数值模拟中的应用研究

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船舶力学 2018年第2期22卷 144-155页

作者：周凯王震陈维山龙晓军山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

基于格子Boltzmann方法,对二维静止串列双圆柱绕流进行了数值模拟,并将模拟结果与已有研究结果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。提取了圆柱的升阻力系... 详细信息

基于格子Boltzmann方法,对二维静止串列双圆柱绕流进行了数值模拟,并将模拟结果与已有研究结果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。提取了圆柱的升阻力系数,讨论了圆柱间距对圆柱受力情况和尾流特征的影响。数值模拟在雷诺数Re=200条件下进行,对两圆柱中心间距为1.5~4.0D(D为圆柱直径)之间的典型间距进行了数值模拟,获得了圆柱升阻力系数以及尾流中涡和流线的变化,验证了临界间距的存在,模拟结果和已有研究结果符合得较好。

关键词：多块格子Boltzmann方法曲边界串列双圆柱临界间距

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基于构型分岔的并联机构优化设计

中国机械工程 2008年第3期19卷 295-299页

作者：陈维山陈华谢涛刘军考哈尔滨工业大学哈尔滨150001

对于给定的一组运动输入参数,并联机构有可能出现构型分岔。为了使机构在连杆长度范围内能够随意运动,基于构型分岔进行了并联机构优化设计。在连杆空间分析并联机构运动状态的基础上,应用杆长向量表示了六自由度并联机构的16种极限构... 详细信息

对于给定的一组运动输入参数,并联机构有可能出现构型分岔。为了使机构在连杆长度范围内能够随意运动,基于构型分岔进行了并联机构优化设计。在连杆空间分析并联机构运动状态的基础上,应用杆长向量表示了六自由度并联机构的16种极限构型。为避免机构出现构型分岔,利用同伦法和静态分岔条件,分析了极限构型的分岔特性,得到连杆的长度范围。对所设计的机构进行了运动可控制条件分析,以保证机构在整个杆长范围内可以控制。

关键词：并联机构分岔优化设计可控制条件

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大型钢丝滚道球轴承的接触特性研究

中国机械工程 2007年第20期18卷 2429-2432,2485页

作者：单小彪谢涛刘军考陈维山哈尔滨工业大学哈尔滨150001

将大型钢丝滚道球轴承中球-滚道之间的接触问题视为非协调性接触问题,采用Hertz理论分析了其非线性特性。理论分析结果表明,轴承组件的几何尺寸不影响接触特性,但其几何非线性依赖于材料的抗拉强度及硬度。采用螺旋电感测微仪对钢球-钢... 详细信息

将大型钢丝滚道球轴承中球-滚道之间的接触问题视为非协调性接触问题,采用Hertz理论分析了其非线性特性。理论分析结果表明,轴承组件的几何尺寸不影响接触特性,但其几何非线性依赖于材料的抗拉强度及硬度。采用螺旋电感测微仪对钢球-钢丝滚道和Si3N4陶瓷球-钢丝滚道两种接触方式进行了实验测试,通过对比发现,理论接触刚度均比实验测试值稍大,且相同条件下混合式的接触刚度比全钢式的接触刚度高,其主要原因是经典Hertz理论的假设忽略了库仑摩擦力的作用以及接触体弹性变形时往往伴随塑性变形的发生。理论和实验结果均表明接触体的材料非线性对接触问题影响显著。研究结果为大型钢丝滚道球轴承的预紧研究和工程应用提供了理论指导。

关键词：钢丝滚道球轴承非协调性接触接触特性接触刚度电感测微仪

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

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振动与冲击 2010年第4期29卷 177-180页

作者：单小彪袁江波谢涛陈维山哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析,并... 详细信息

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。

关键词：双晶压电振子发电模型有限元分析

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悬臂梁单晶压电发电机的实验

光学精密工程 2009年第5期17卷 1072-1077页

作者：袁江波单小彪谢涛陈维山哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

建立了悬臂梁单晶压电振子的发电测试系统,针对压电晶体与磷青铜基板材料的厚度比对单晶压电振子输出电压的影响进行了有限元分析,得出了压电晶体与磷青铜基板材料的最佳厚度比并进行了实验验证,同时对具有最佳厚度比的单晶压电振子进... 详细信息

建立了悬臂梁单晶压电振子的发电测试系统,针对压电晶体与磷青铜基板材料的厚度比对单晶压电振子输出电压的影响进行了有限元分析,得出了压电晶体与磷青铜基板材料的最佳厚度比并进行了实验验证,同时对具有最佳厚度比的单晶压电振子进行了压电发电能力测试。研究结果表明,当压电晶体与磷青铜金属基板的最佳厚度比为0.5时,单晶压电振子的输出电压最大,有限元分析与实验结果基本吻合。单晶压电振子输出电压随着负载的增大而增大,而输出功率并不随负载的增大而增大。压电振子存在一个最佳负载,当负载与压电振子内阻相匹配时,输出功率最大,能量转化效率最高。单晶压电振子在负载为50 kΩ时,输出电压最大可达5.4 V;当负载电阻为10 kΩ时,负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大为1.18 mW,产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求。

关键词：单晶压电振子压电发电机厚度比有限元分析