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空间充气式共机架结构自旋动力学及振动抑制

中国科学:物理学力学天文学 2025年第2期 231-242页

作者：黄业雄蔡正政杜浩孙加亮金栋平南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室

光学合成孔径技术在地球观测、环境监测、宇宙探索等方面有着广泛应用.作为一种新型的空间结构,空间充气式共机架结构具有折展比大、比强度高等特点,可满足光学合成孔径成像系统对于支撑结构的构建需求.本文针对充气式共机架结构,建立了... 详细信息

光学合成孔径技术在地球观测、环境监测、宇宙探索等方面有着广泛应用.作为一种新型的空间结构,空间充气式共机架结构具有折展比大、比强度高等特点,可满足光学合成孔径成像系统对于支撑结构的构建需求.本文针对充气式共机架结构,建立了刚-柔耦合多体系统动力学模型,依据在轨动力学环境研究了自旋动力学响应,并根据点扩展函数分析了系统在空间扰动下的光学性能.仿真结果表明,为使空间充气式共机架结构达到光学成像的要求,需要对充气式共机架结构进行振动抑制,为此设计了一种周期性分布的超结构吸振单元,用于抑制光学载荷的振动.最后,通过有限元法计算了超结构的带隙和振动传输特性,并实验验证了提出的超结构吸振单元对于充气式共机架系统振动抑制的可行性和有效性.

关键词：充气式共机架合成孔径成像自旋动力学振动抑振超结构

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基于域自适应对抗生成样本的金属损伤导波智能迁移识别方法

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振动与冲击 2025年第3期44卷 191-201,209页

作者：王莉刘国强杨宇张超裘进浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对工程场景下缺乏大量标注完备的真实损伤样本,而难以学习到可用的智能诊断模型的难题,该文提出了一种基于域自适应对抗生成样本的金属损伤导波智能迁移诊断方法。首先,采用有限元仿真得到了大量标签丰富的模拟损伤导波监测数据;然后... 详细信息

针对工程场景下缺乏大量标注完备的真实损伤样本,而难以学习到可用的智能诊断模型的难题,该文提出了一种基于域自适应对抗生成样本的金属损伤导波智能迁移诊断方法。首先,采用有限元仿真得到了大量标签丰富的模拟损伤导波监测数据;然后,采用生成对抗神经网络(wasserstein Generative adversarial networks with gradient penalty,WGAN-GP)实现了模拟损伤监测样本至真实损伤的域自适应对抗样本的生成;最后,构建了基于对抗生成样本的损伤智能诊断模型,实现了对未知标签真实损伤监测样本的高可靠分类诊断。金属开孔结构疲劳裂纹导波监测试验验证结果表明,所提方法可实现模拟损伤导波识别知识至疲劳损伤的跨域迁移,且在无真实损伤标注样本时也可实现对裂纹损伤的高精度智能识别。

关键词：疲劳裂纹导波生成对抗神经网络(WGAN-GP) 卷积神经网络迁移学习

基于零空间饱和及高阶校正的双臂飞行机器人控制

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中国科学:物理学、力学、天文学 2025年第2期55卷 134-145页

作者：黄宏杰文浩廖璨南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

飞行机器人在轨操作研究多采用一臂抓一物或两臂抓一物的操作策略,并未发挥出双臂操作的效率优势.本文针对空间结构在轨组装任务中两臂同时抓两物的应用场景,开展飞行机器人约束运动控制研究.首先,基于广义雅可比矩阵法和动量守恒方程... 详细信息

飞行机器人在轨操作研究多采用一臂抓一物或两臂抓一物的操作策略,并未发挥出双臂操作的效率优势.本文针对空间结构在轨组装任务中两臂同时抓两物的应用场景,开展飞行机器人约束运动控制研究.首先,基于广义雅可比矩阵法和动量守恒方程建立自由漂浮状态下双臂飞行机器人运动学方程.随后,利用机械臂与基体的耦合特性,基于高阶离散的速度校正(HDVC)方法和零空间饱和(SNS)方法,提出一种高精度的约束运动控制算法HDVC-SNS.该方法可以显著降低控制律离散误差,并通过关节速度限制保证机器人系统平稳运行.最后,通过多组数值仿真验证了HDVC-SNS算法的有效性.

关键词：双臂飞行机器人双目标抓取高阶校正零空间饱和

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金属-有机材料层合结构的脱粘损伤识别方法

机械工程学报 2025年第2期61卷 24-35页

作者：张超王宏远季宏丽朱丽晨裘进浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

金属-有机材料层合结构不仅兼顾了金属优越的力学性能,同时具有有机材料的功能性、复杂外形和轻质。然而,两种材料的胶接质量直接决定了结构的安全和可靠性能,因此急需一种可靠的无损检测手段对胶接产生的脱粘损伤进行评估。提出了一种... 详细信息

金属-有机材料层合结构不仅兼顾了金属优越的力学性能,同时具有有机材料的功能性、复杂外形和轻质。然而,两种材料的胶接质量直接决定了结构的安全和可靠性能,因此急需一种可靠的无损检测手段对胶接产生的脱粘损伤进行评估。提出了一种基于频带选择的脱粘损伤成像方法,采用激光超声的测量方式,实现了金属-有机材料层合结构的脱粘损伤成像。首先通过试验研究,发现了金属-有机材料层合结构中,不同频率的导波信号对脱粘损伤的灵敏度差异;其次,提出一种基于波场数据分析的频带选取方法,利用选取频率下导波信号在脱粘及健康区域的能量分布变化,对不同金属-有机材料层合结构中的不同脱粘损伤进行了成像。结果表明,所提出的检测方法在损伤成像分辨率上得到了显著提升。

关键词：脱粘损伤无损检测激光超声层合结构

贴片式圆盘定子多自由度超声电机的设计与实验

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中国机械工程 2025年第1期36卷 38-46,58页

作者：潘志泳王亮金家楣邱建敏冯浩人南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题,设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性... 详细信息

为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题,设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性和振动特性;最后组装了原理样机并对其机械输出特性进行了实验评估。实验结果表明,原理样机的启/停响应时间均在20 ms以内,角位移分辨率均小于30μrad,具有响应迅速和定位精度高的优点。

关键词：超声电机多自由度圆盘定子预压力结构模态耦合

耦合火箭推力室对非对称喷管推力性能的影响研究

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推进技术 2025年

作者：乔明坤徐惊雷陈匡世航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京航空航天大学能源与动力学院

为了探索提高宽域喷管推力性能的可行途径，提出了一种耦合火箭推力室的高性能非对称喷管设计方法，通过数值模拟研究了有/无火箭推力室及其参数配置对非对称喷管推力性能的影响。研究结果表明，耦合火箭推力室会显著改变喷管内流场结... 详细信息

为了探索提高宽域喷管推力性能的可行途径，提出了一种耦合火箭推力室的高性能非对称喷管设计方法，通过数值模拟研究了有/无火箭推力室及其参数配置对非对称喷管推力性能的影响。研究结果表明，耦合火箭推力室会显著改变喷管内流场结构，引入激波并产生一定尺度的回流区；全飞行包线内，火箭推力室的合理布局可以对主喷管产生一定推力增益，推力系数最多可增加18.02%，且耦合火箭推力室后的组合喷管在相同工况下产生的总推力大于主喷管单独工作和火箭推力室单独工作产生的推力之和，产生了“1+1＞2”的效果；不同工况下，火箭推力室的出口马赫数、流量、安装角度等因素对火箭推力室增益效果有一定影响；当火箭推力室的流量和安装角度足够大时，会造成喷管主流的严重分离，导致主喷管不起动。耦合火箭推力室可以提高喷管低马赫数下的推力性能，在全包线范围内增大喷管推力，但需控制推力室流量和安装角度在合理范围内。

关键词：推力室非对称喷管设计组合构型推力增益数值仿真

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旋转预扭梁振动特性理论与实验研究

振动工程学报 2025年第2期38卷 232-241页

作者：熊星星宿柱马小虎南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016

针对工程中的旋转预扭梁振动问题,提出了一种有效的建模方法研究其振动特性,并设计了旋转实验验证理论研究的准确性。通过调节边界弹簧刚度模拟不同边界约束,采用修正傅里叶级数法对位移场进行展开,利用瑞利-里兹法推导旋转梁的运动方... 详细信息

针对工程中的旋转预扭梁振动问题,提出了一种有效的建模方法研究其振动特性,并设计了旋转实验验证理论研究的准确性。通过调节边界弹簧刚度模拟不同边界约束,采用修正傅里叶级数法对位移场进行展开,利用瑞利-里兹法推导旋转梁的运动方程。基于理论研究设计不同尺寸的旋转直梁和预扭梁的振动实验,将理论计算与有限元仿真、实验结果对比验证了本文方法的准确性,通过误差分析验证了存在弹性边界的可能。结果表明:转速和厚度增大使梁的固有频率增大;预扭角增大对1阶固有频率影响较小,可显著减小2阶固有频率。

关键词：旋转梁弹性约束修正傅里叶级数旋转实验

能量操控式压电分流支路对结构振动的影响研究

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振动工程学报 2025年第1期38卷 1-7页

作者：裴万鹏刘轩马少飞虞丽塬吴义鹏季宏丽裘进浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司四川成都610073

压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支... 详细信息

压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支路的吸能抑振和注能控振两种功能,实现高能效且稳定的结构振动控制系统。介绍了所述压电分流支路的工作原理,推导了不同能量操控条件下结构振幅的衰减率模型,通过试验讨论了不同能量操控方法对结构振幅的影响。研究结果表明,所述能量操控型分流支路能够根据实际场景的减振需求实现高能效的结构振动抑制。

关键词：振动控制振动能量收集压电分流支路反激变压器压电悬臂梁

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平纹编织复合材料异形结构的多尺度分析研究

复合材料科学与工程 2025年第1期 1-6,15页

作者：高晗尚闫南京航空航天大学航空学院航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

针对平纹编织复合材料的异形结构,研究了在铺层方向拉伸位移加载以及力加载两种工况下,采用刚度体积平均、一致应变边界条件两种计算均匀化方法所得多尺度计算结果的差异性,并将多尺度结果与精细化结果进行了对比。此外,还研究了异形区... 详细信息

针对平纹编织复合材料的异形结构,研究了在铺层方向拉伸位移加载以及力加载两种工况下,采用刚度体积平均、一致应变边界条件两种计算均匀化方法所得多尺度计算结果的差异性,并将多尺度结果与精细化结果进行了对比。此外,还研究了异形区域划分数量对多尺度计算结果的影响。结果表明,在同一多尺度模型下,两种均匀化方法的σ_(y)应力分布趋势是一致的,并且均与精细化模型结果相吻合。其中位移加载下的多尺度结果与参考结果的mises及σ_(y)应力误差最大只有9.5%和3.3%,并且随着异形结构分区数量的增加,其误差值逐渐减小。而力加载下的结果误差值偏大,随分区数量的增加没有减小的趋势,并且一致应变边界条件的结果整体上大于刚度体积平均的结果。并且,多尺度模型的划分方式会破坏部分结构特征,并在一定程度上影响多尺度结果。

关键词：平纹编织复合材料异形结构计算均匀化多尺度