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恒频声学二极管的设计及特性研究

动力学与控制学报 2024年第1期22卷 37-42页

作者：王颖郭翔鹰杨晓东北京工业大学材料与制造学部北京100124 机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124

声学二极管能控制声波仅在一个方向有效传输在反方向无法传播,在通信技术中具有广泛的应用,然而目前大多数的声学二极管设计是基于非线性效应使系统只通过新的高次频率并阻止原频率的传输.本文利用不对称结构与弱非线性声子晶体的组合,... 详细信息

声学二极管能控制声波仅在一个方向有效传输在反方向无法传播,在通信技术中具有广泛的应用,然而目前大多数的声学二极管设计是基于非线性效应使系统只通过新的高次频率并阻止原频率的传输.本文利用不对称结构与弱非线性声子晶体的组合,提出了一种一维声二极管模型,实现弹性波的不对称传输,并保持频率不变.该模型由左端的变幅杆和右端的非线性弹簧质量链组成,理论分析表明,该声学二极管具有与电子二极管相同的正向和反向特性,并通过有限元仿真验证了该模型的有效性.

关键词：声子晶体声学二极管弹性波色散关系周期结构

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仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析

浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1543-1555页

作者：曹东兴贾艳超郭翔鹰毛佳佳北京工业大学数学统计学与力学学院北京100124 北京工业大学机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124 北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下... 详细信息

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动.

关键词：六足机器人仿生六折痕折纸三浦折纸运动分析

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新型双稳态屈曲梁结构的低频跳跃稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2022年第9期43卷 1336-1341页

作者：王胜杰韩翻珍郭翔鹰北京工业大学材料与制造学部北京100124 国家知识产权局专利局北京100088

为了验证双稳态屈曲梁结构的低频跳跃突变特性以及其能否在较低频率范围内进行能量耗散和吸收,本文基于小驱动大变形的设计目标,本文设计了一种以梁二阶屈曲模态为基础的新型双稳态结构,即在简支屈曲梁上施加可移动铰支约束,并在可移动... 详细信息

为了验证双稳态屈曲梁结构的低频跳跃突变特性以及其能否在较低频率范围内进行能量耗散和吸收,本文基于小驱动大变形的设计目标,本文设计了一种以梁二阶屈曲模态为基础的新型双稳态结构,即在简支屈曲梁上施加可移动铰支约束,并在可移动铰支处施加可调驱动力矩,从而实现屈曲梁在较小外部激励作用下发生稳定的二阶屈曲模态跳变。通过动力学建模,采用最小势能原理得到双稳态屈曲梁发生二阶跳变的最小驱动力矩,并给出了移动铰支变化时,屈曲梁双稳态形式的变化特点及相应的跳变能量。通过仿真分析了双稳态屈曲梁的固有频率及跳跃模式,验证了理论分析结果。基于理论与仿真分析结果,设计了双稳态屈曲梁跳跃机构。通过实验验证了所设计双稳态屈曲梁结构在低频外激励作用下能发生二阶模态的跳变,为低频振动下进行能量吸收和耗散结构的设计提供了新思路。

关键词：双稳态屈曲梁二阶屈曲跳跃突变移动铰支最小势能原理低频振动驱动力矩

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复合材料角铺设层合板非线性振动特性研究

振动与冲击 2012年第19期31卷 174-179页

作者：郭翔鹰张伟北京工业大学机电学院北京100124

运用渐进摄动法得到复合材料角铺设层合板系统的平均方程在此基础上研究了四边简支碳纤维增强复合材料角铺设层合板在外激励作用下的非线性振动和混沌运动。指出由于复合材料角铺设层合板的强耦合作用而引起该板系统运动控制方程的复杂... 详细信息

运用渐进摄动法得到复合材料角铺设层合板系统的平均方程在此基础上研究了四边简支碳纤维增强复合材料角铺设层合板在外激励作用下的非线性振动和混沌运动。指出由于复合材料角铺设层合板的强耦合作用而引起该板系统运动控制方程的复杂性,系统平面的振动方程不仅与横向振动方程相耦合而且与中面法线的转角有关。考虑了复合材料角铺设层合板系统在1:1内共振和基本参数共振的情况下的动力学特性,数值模拟得到了复合材料角铺设层合板在参数激励和横向激励联合作用下的复杂周期和混沌运动。

关键词：角铺设强耦合参数激励非线性运动

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基于振动台试验的加速度积分位移

北京工业大学学报 2023年第2期49卷 179-187页

作者：郭翔鹰李长坤陈春雷韩志梁志明北京工业大学材料与制造学部机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

轨道不平顺是铁路车辆系统振动的主要激励源,车体构架运行姿态的变化会对轨道几何不平顺检测精度造成影响.理论上可通过位移传感器对车体构架的运行姿态进行测试,但多数情况下测量困难且精度较低,而采用加速度传感器测试,又存在各种噪... 详细信息

轨道不平顺是铁路车辆系统振动的主要激励源,车体构架运行姿态的变化会对轨道几何不平顺检测精度造成影响.理论上可通过位移传感器对车体构架的运行姿态进行测试,但多数情况下测量困难且精度较低,而采用加速度传感器测试,又存在各种噪声干扰,使积分位移中含有趋势项漂移误差.针对此类问题,提出了一种从加速度数据中获取位移时间序列的低频衰减频域积分方法.该方法从测量加速度积分开始,采用基于滑动平均的最小二乘法预处理方法,去除积分过程中的噪声产生的误差,还原实际由于轨道不平顺产生的振动响应.结合滑动平均方法、高通滤波器和频域积分,通过多次平滑、滤波和积分,得到重构位移信号,避免了信号的失真.该方法的主要优点是重构位移不存在长周期漂移.通过与振动台实测数据的对比分析,验证了该方法的准确性和可靠性.

关键词：轨道不平顺加速度积分频域积分位移重构六自由度振动台低频衰减

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Z型折叠板内共振下非线性振动特性研究

振动工程学报 2018年第2期31卷 183-197页

作者：郭翔鹰张杨张伟北京工业大学机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124

Z型折叠板是一类复杂多体结构,在工程实际中应用广泛。以大型的空间可展开结构为实际工程背景,考虑了Z型折叠板折叠过程中各部件的运动耦合关系,基于Reddy经典板理论和von-Karman几何非线性应变位移关系,利用Hamilton原理建立了Z型折叠... 详细信息

Z型折叠板是一类复杂多体结构,在工程实际中应用广泛。以大型的空间可展开结构为实际工程背景,考虑了Z型折叠板折叠过程中各部件的运动耦合关系,基于Reddy经典板理论和von-Karman几何非线性应变位移关系,利用Hamilton原理建立了Z型折叠板的非线性动力学控制方程。利用有限元分析得到了Z型折叠板结构的模态函数,运用二阶Galerkin截断,得到了Z型折叠板二自由度的非线性常微分方程。考虑系统主参数共振-1∶2内共振的情况,通过摄动分析得到系统四维直角坐标形式的平均方程,最后利用数值模拟方法研究了横向激励对Z型折叠板非线性动力学特性的影响。

关键词：非线性动力学 Z型折叠板内共振数值模拟

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复合材料层合板的混沌运动分析

振动与冲击 2009年第6期28卷 139-144页

作者：郭翔鹰张伟姚明辉陈丽华北京工业大学机电学院北京100124

建立了四边简支纤维增强复合材料层合薄板在受到x轴方向面内激励和横向激励联合作用下的动力学方程,考虑了复合材料层合板主参数共振和1∶1内共振的情况,利用二阶Galerkin离散和多尺度方法得到四维直角坐标形式下复合材料层合板系统的... 详细信息

建立了四边简支纤维增强复合材料层合薄板在受到x轴方向面内激励和横向激励联合作用下的动力学方程,考虑了复合材料层合板主参数共振和1∶1内共振的情况,利用二阶Galerkin离散和多尺度方法得到四维直角坐标形式下复合材料层合板系统的平均方程。然后利用规范形理论化简平均方程得到简单规范形。应用Kovacic等人提出的高维Melnikov方法研究复合材料层合薄板的脉冲混沌运动,理论分析发现在参数激励和外激励作用下系统存在Smale马蹄意义下的混沌运动并存在脉冲跳跃轨道。

关键词：复合材料层合板高阶剪切高维Melnikov方法混沌

基于多传感器加速度测量的轨道不平顺估计研究

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内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2023年第2期42卷 116-122页

作者：李长坤何浩郭翔鹰北京工业大学材料与制造学部北京100124 非线性振动与机械结构强度北京市重点实验室北京100124

轨道不平顺是产生列车振动的主要根源,对车辆轨道系统的安全和稳定性会造成潜在的风险。针对目前采用单个传感器较难达到对不同波段不平顺检测的问题,提出了一种基于构架姿态解算和未知输入观测器的轨道不平顺估计方法,通过多传感器测... 详细信息

轨道不平顺是产生列车振动的主要根源,对车辆轨道系统的安全和稳定性会造成潜在的风险。针对目前采用单个传感器较难达到对不同波段不平顺检测的问题,提出了一种基于构架姿态解算和未知输入观测器的轨道不平顺估计方法,通过多传感器测量车辆和转向架的动态响应来识别垂向和横向轨道不平顺。首先,分析了不同工况下构架位姿的运动特性以及轨道不平顺辨识的准确性,由超限位置的相关性可知轨道不平顺辨识方法可以准确地检测超限位置。其次,进行了实测轨道不平顺激励作用下的试验测试,通过与综合检测列车的轨道不平顺测量结果对比,表明该方法具有很好的准确性。因此,所提出的方法可以有效降低监视轨道基础设施的成本,同时可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。

关键词：轨道不平顺状态监测姿态解算车辆动力学综合检测列车

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航空发动机压气机叶片的非线性振动问题

中国科学：物理学、力学、天文学 2013年第4期43卷 345-362页

作者：张伟冯志青郭翔鹰北京工业大学机电学院北京100124

本文研究了航空发动机压气机叶片的非线性振动问题.将叶片简化为功能梯度材料的悬臂薄壁梁,因为是稳态气流,利用一阶活塞理论来计算气动力.考虑几何大变形的影响,利用Hamilton原理建立了叶片的非线性偏微分运动方程.运用Galerkin方法对... 详细信息

本文研究了航空发动机压气机叶片的非线性振动问题.将叶片简化为功能梯度材料的悬臂薄壁梁,因为是稳态气流,利用一阶活塞理论来计算气动力.考虑几何大变形的影响,利用Hamilton原理建立了叶片的非线性偏微分运动方程.运用Galerkin方法对方程进行一阶离散得到常微分控制方程.考虑1:1:1内共振情况,利用高阶多尺度法对控制方程进行摄动分析.基于平均方程,通过数值仿真模拟不同气流流速下旋转叶片的动态响应,得到相图、波形图和频谱图.结果表明:气流流速对系统动力学特性有重要影响,随着气流流速的增加,系统会呈现倍周期运动、周期运动、混沌运动等多种复杂动力学行为.

关键词：旋转叶片非线性动力学动态响应混沌