冲击机械动态反演设计方法研究

发布时间：2020-11-02 10:56

　　 在综合分析反演设计理论及应用现状的基础上，从设计方法学和反问题研究融合的角度，深入探讨了反演设计方法中的共性问题；以机械系统动态品质为目标，系统研究了冲击机械系统几种典型的反演设计问题和方法，并将这些方法应用到具体的设计之中。 针对已知系统响应求系统模型参数问题，以机械撞击为研究对象，提出了在给定变截面杆下，冲击活塞动态反演设计方法。研究了活塞与半无限杆撞击产生应力波原理，推导了在给定被撞击变截面杆条件下的冲击活塞结构参数计算公式，为新加坡Nanyang Technological Universitv防护研究中心大直径SHPB试验机成功设计了冲击活塞。 针对已知系统响应与激励的关系求系统模型参数问题，以波的传播部件为研究对象，提出了给定透射率的冲击部件反演设计方法。在频域内，定义了透射率，研究了波在杆形部件中的传播规律，导出了应力波在变截面杆中的传播特征矩阵，探讨了反演设计解的多样性问题以及求解精度问题。 针对已知系统响应求系统冲击激励问题，分别以液压提升机绳系和车辆道路线形为研究对象，提出了宜人化的动态反演设计方法。研究了液压提升机驱动系统、提升机绳系和容器的动力学问题，应用波动离散反演方法，求解了适宜人的液压驱动系统的激励函数；研究了车辆-道路-人体系统的耦合动力学问题，将道路线形作为系统的冲击激励，构造了样条曲线特征多边形，优化求解出以车辆乘员舒适性为目标的合理道路缓和竖曲线。 应用反演设计方法和冲击动力学理论，研制了气动式QCJ型水平冲击综合试验台，构建了以Odyssey波形记录分析仪为核心的高应变率动态测试系统；引入了动力学特征参数α和运动学特征参数τ，提出了冲击凿岩机具弹性动力学和刚体运动学融合的概念设计方法，基于此成功研制出YST-25型全水压支腿式凿岩机。
【学位单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2003
【中图分类】：TH122
【部分图文】：

称为正问题(directproblem);由果求因(内因与外因)，则称为反问题(inverseproblem)，求解反问题也称为反演(inversion)。根据系统中已知输入的来源又可对工程反问题进行分类，如图1一2所示。如果己知的参数是由观测得到的，则这类问题称为辨识问题(identificationProblem)，其中，求内因即系统模型，称为系统辨识或模型辨识;而求外因，则称为系统源的辨识。如果己知的参数不是实测出来的，而是人们希望的，那么这类问题称为设计问题(designprob一em)。若在所求系统结构模型或输入中有些部分可以由人们随时操纵其变化，则这类设计问题称为控制问题。

击初始和边界条件、设计约束条件。通过“设计约束条件”可以将用户对产品的要求考虑进去，同时还可以加入冲击部件导向段等工艺要求。软件系统流程图如图3一5所示:系统主界面如图3一6。为了证实上述方法和程序的有效性，通过反演数值方法设计了多种冲锤一杆对，如图3一7所示。这些冲锤都能产生近似半正弦应力波〔川，可从分离式霍布金逊压杆(sHPB一splitHopkinsonPressBar)试验中验证，相关试验装置及研究将在第七章详细介绍。图3一6冲击部件反演设计系统主界面图3一7反演设计的冲锤一杆对3.3大直径SHpB试验机冲锤反演设计材料动态性能的测试，目前比较流行和理想的方法之一为矩形波加载的SHPB法。对于SHPB装置的测试和数据处理通常依据一维应力波均匀的假设，即应力波在传播中没有任何相位的改变和成份的离散，因此，入射和反射应力脉冲可以通过安装在输入杆中部的应变片测得。入射杆的L/2前半部分被认为和试件入射端面有同样的应力波，透射波则记录

92议抒日议L(54())图3一10反演设计的冲锤为了验证设计结果是否能满足要求，在大直径的SHPB试验机(图3一11)上用同样直径(与冲锤大径75mm同)和同样材料的弹性杆作为输入杆和输出杆进行了试验，试验结果与理论结果的比较如图3一12所示，得到了所需要的半正弦波曲线。图3一13(a)是在传统SHPB上测试得到的应力波(输入、输出杆为75mm，铝试件)，图3一14(b)是在1.sm长的弹性杆中间测试的入射加载应力波有5次反射后的波形曲线，显然，二者都存在大的振荡。图3一11新加坡NanyangTeehnologiealuniversity大直径sHPB试验机0.4时。门乙4-0-0一‘一8_____._一~_歇_一‘{一~「丫靡薪t一~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~————实验曲线线线理理理理论曲线线线\\\\\夕一一问问问卜卜卜卜-~一一~一l一~，-.一一4_________{{{{{{{;···11111111;;;;;}}}}}}}-一一i一---
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本文编号：2866955