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系留无人机系统冲击张力实验研究

力学学报 2024年第5期56卷 1448-1457页

作者：何伟张素侠李亚泽刘洪德刘浩浩程远天津大学机械工程学院力学系天津300354 天津市非线性动力学与混沌控制重点实验室天津300354

系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭... 详细信息

系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭示冲击张力的变化规律.依据光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器可受拉受压的测试特点,提出判断缆绳松弛-张紧的准则.通过分析缆绳松弛-张紧随位置的分布图发现,随着缆绳长度减小、直径减小或风速增大,发生松弛-张紧的位置会减少或消失.测试了缆绳长度、直径和环境风速对冲击张力的影响,结果发现,缆绳长度越长、缆绳直径越大、环境风速越大,缆绳张力也越大.同时发现,张力在缆绳与无人机的连接点达到最大,该张力作用会影响无人机的稳定运动,不利于系统的正常工作及安全飞行.在实际需求前提下,在结构设计时可选用长度较小或直径较小或抗拉强度较大的缆绳,同时对缆绳和无人机的连接点加强保护,从而确保系统的稳定性和安全性.

关键词：系留无人机系统松弛-张紧冲击张力光纤布拉格光栅

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新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

光学精密工程 2024年第8期32卷 1111-1121页

作者：任永杰郭威吴腾飞滕明鑫林嘉睿邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的... 详细信息

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

关键词：大尺寸测量旋转激光扫描系统光轴调整轴线拟合误差分析

仿座头鲸鳍肢前缘单/双凸起翼段失速特性的实验研究

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实验流体力学 2024年

作者：时德伟陈乐天范子椰姜楠左志钢唐湛棋天津大学机械工程学院力学系清华大学能源与动力工程系天津市现代工程力学重点实验室

近年来，相关研究表明仿座头鲸鳍肢前缘凸起可以有效延缓翼段失速或者改善失速后翼段气动性能。为研究仿生前缘凸起翼型的流动分离现象，针对二维平直翼段NACA 634-021以及带有单个和两个前缘凸起的改型翼段开展了粒子图像测速(PIV)实... 详细信息

近年来，相关研究表明仿座头鲸鳍肢前缘凸起可以有效延缓翼段失速或者改善失速后翼段气动性能。为研究仿生前缘凸起翼型的流动分离现象，针对二维平直翼段NACA 634-021以及带有单个和两个前缘凸起的改型翼段开展了粒子图像测速(PIV)实验研究。对比了不同迎角下各翼段吸力面的平均速度、湍动能等统计量的分布，并对实验数据进行了本征正交分解(POD)模态分析，从能量的角度对失速过程中的流动结构进行了研究。研究发现，单、双凸起翼段都具有两步失速特性，当发生单侧失速时，凸峰处存在稳定的附着流动，抑制了失速区向凸起另一侧的扩展，起到了类似于翼刀的作用；相比于单凸起翼段，双凸起翼段在更小的迎角发生失速模式的转换；POD分解的各阶模态的能量大小与翼段所处的失速模式有关，失速模式的切换同时导致流场中流动结构的特征发生变化；单凸起翼段处于单侧失速与双侧失速转换的临界迎角时，流动分离模式具有不稳定性。本研究为仿生前缘凸起翼型的理论研究和工程应用提供了实验参考。

关键词：仿生前缘凸起粒子图像测速本征正交分解流动分离流动结构

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多棱柱绕流气动噪声的试验研究

航空学报 2024年

作者：张栩齐刘宇南方科技大学力学与航空航天工程系

通过风洞试验开展多棱柱绕流远场气动噪声测试并进行分析。由于多棱柱存在离散边、点，试验在引入攻角影响后分为角对来流及面对来流两种条件下进行。考虑多棱柱的应用场景，试验雷诺数选择在基于外接圆直径的亚临界雷诺数区间2万至8万... 详细信息

通过风洞试验开展多棱柱绕流远场气动噪声测试并进行分析。由于多棱柱存在离散边、点，试验在引入攻角影响后分为角对来流及面对来流两种条件下进行。考虑多棱柱的应用场景，试验雷诺数选择在基于外接圆直径的亚临界雷诺数区间2万至8万进行。分析不同多棱柱构型的远场噪声功率谱密度和总声压级特性规律，并探索相较于圆柱是否存在降噪潜力。试验结果表明，多数多棱柱绕流产生以单个纯音为主导的噪声频谱，其总声压级符合基于偶极子噪声标度律的速度6次方定律，但16棱柱在超过一定雷诺数后并不满足此规律，推测是由流动转捩造成。此外，3棱柱和4棱柱在角对、以及5棱柱在面对来流时相较于圆柱有一定的降噪效果。

关键词：多棱柱气动声学圆柱偶极子声源声学风洞试验

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部分排水条件下静力触探试验力学机理研究

岩土工程学报 2024年第3期46卷 519-528页

作者：王长虹方恬吴昭欣王昆汤道飞上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数... 详细信息

在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数据的影响,开展三轴压缩试验。引入应变增量比,建立考虑渐近状态的修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)模型。推导考虑渐近状态MCC模型的柱孔扩张理论,提出CPTU测试数据的力学模型。通过数值模拟和模型槽试验,研究归一化贯入速度与排水系数的规律。结合CPTU数据的力学模型,获得应变增量比与排水系数的数理关系。最后以上海市苏州河地区深层排水调蓄管道系统工程的测试数据为背景,验证力学模型的正确性。结果表明:在部分排水条件下,利用考虑渐近状态的MCC模型,能够描述土体的应力-应变关系,合理解释CPTU贯入的力学机理。

关键词：孔压静力触探部分排水渐近状态柱孔扩张理论应变增量比

多无人机吊挂负载运输系统的非线性鲁棒控制设计

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吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1788-1795页

作者：鲜斌王光怡蔡佳明天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

针对多无人机吊挂负载运输系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题,提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。首先,在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上,基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输系统的动力学模型。其次,设计... 详细信息

针对多无人机吊挂负载运输系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题,提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。首先,在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上,基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输系统的动力学模型。其次,设计了一种基于误差符号函数积分(RISE)和几何控制方法的非线性鲁棒控制策略,用于补偿未知外界扰动的影响,实现了对负载位姿的精确控制。基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性和吊挂负载跟踪误差的渐近收敛。仿真结果表明,本文提出的控制策略可以实现良好的轨迹跟踪效果,并对外界干扰有较好的鲁棒性。

关键词：控制理论与控制工程多无人机吊挂负载几何控制非线性控制鲁棒控制

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基于FK-FE混合方法的位错点源作用下全过程结构地震反应模拟

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工程力学 2024年第4期41卷 184-198页

作者：巴振宁鲁世斌付继赛梁建文芦燕中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300354 天津大学土木工程系天津300354

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全... 详细信息

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全过程地震反应模拟的FK-FE混合方法。并将FK代码作为插件二次开发到大型商业有限元软件ABAQUS中,实现了ABAQUS平台下从震源到工程结构的全过程宽频地震反应物理模拟。验证了FK-FE混合方法正确性,进而将其应用于位错点源作用下美国SAC机构设计的9层Benchmark抗弯钢框架结构全过程0 Hz~15 Hz宽频地震反应模拟,重点探讨了地壳层波速结构和近地表场地条件对框架结构地震反应的影响。研究表明:地壳层速度结构和场地类别对该结构的地震反应均有显著影响,地壳层速度结构3(较硬)相比速度结构1(较软),结构最大位移和层间位移角分别减小了22.7%和62.0%;Ⅱ类场地相较于Ⅳ类场地,结构最大位移和层间位移角分别减小了22.3%和44.7%。

关键词：地震反应位错点源 FK-FE混合方法区域缩减全过程模拟

侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体生物动力学特性

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声学学报 2024年第2期49卷 183-193页

作者：林泽峰林杰威郑旭刘迟邱毅浙江大学能源工程学院杭州310027 天津大学机械工程学院天津300354

研究了侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体动力学特性。测取了8名被试者在单轴随机侧倾振动下的动力学响应,通过人椅交界面处的角加速度和力矩定义了视在惯量,识别了人体在侧倾方向上位于1 Hz和2.5 Hz方向的两阶共振。随后引入垂向振动,对侧... 详细信息

研究了侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体动力学特性。测取了8名被试者在单轴随机侧倾振动下的动力学响应,通过人椅交界面处的角加速度和力矩定义了视在惯量,识别了人体在侧倾方向上位于1 Hz和2.5 Hz方向的两阶共振。随后引入垂向振动,对侧倾-垂向双轴激励下的人体响应开展频响函数分析与偏相干分析,分析了人体垂向响应与侧倾响应的耦合关系。研究发现,侧倾振动在0~10 Hz测试频率范围内对人体动力学响应特性几乎没有影响,垂向振动在两阶侧倾共振频率附近对包括模态频率、视在惯量幅值等侧倾动力学特性几乎没有影响。最后,面向侧倾与垂向振动激励,建立了人体动力学模型并识别了其中的动力学参数,实现了单一模型对双轴激励下人体响应的预测。

关键词：全身振动视在惯量生物动力学双轴振动

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有机液体储氢载体催化脱氢技术研究进展

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 557-574页

作者：潘伦韩泽昊闫晓高睿杰张香文邹吉军天津大学化工学院天津300072

绿氢(可再生能源制氢)的开发及利用是推动能源绿色转型和实现“双碳”目标的重点发展方向之一.然而,大规模绿氢的安全储运技术仍需进一步完善.以环烷烃/芳烃为主的有机液体储氢载体(LOHCs)体系因其高储氢密度、安全高效、运输方便等优... 详细信息

绿氢(可再生能源制氢)的开发及利用是推动能源绿色转型和实现“双碳”目标的重点发展方向之一.然而,大规模绿氢的安全储运技术仍需进一步完善.以环烷烃/芳烃为主的有机液体储氢载体(LOHCs)体系因其高储氢密度、安全高效、运输方便等优势成为绿氢长距离大规模输送的关键技术.相比于工艺成熟的芳烃加氢技术,富氢LOHCs(环烷烃)脱氢技术开发的难度较大,是近年来研究的热点.本文系统综述了环己烷(CH)、甲基环己烷(MCH)、十氢萘(DHN)和全氢二苄基甲苯(H18-DBT)4类典型富氢LOHCs脱氢技术的研究进展.基于目前的研究结果,阐述了单环烷烃(CH、MCH)和多环烷烃(DHN、H18-DBT)的脱氢反应路径和机理,重点从活性组分和载体两方面总结了脱氢催化剂的设计思路、构效关系和研究进展,详细分析了基于不同模型的富氢LOHCs脱氢动力学,探讨了4类典型脱氢反应装置的优缺点.总体来讲,环烷烃作为LOHCs距离工业化应用还有一段距离,继续完善环烷烃脱氢动力学和脱氢机理、提高Pt系催化剂的催化活性和稳定性、开发具有实际应用意义的非贵金属催化剂以及优化反应器结构成为未来环烷烃脱氢技术研究需要聚焦的难点.

关键词：有机液体储氢载体环烷烃催化脱氢脱氢催化剂反应动力学