广义机构拓扑及动力学分析

发布时间：2017-04-27 21:17

  本文关键词：广义机构拓扑及动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机构学发展的日新月异,伴随着越来越多新机构的出现,许多新机构中都出现了不同于传统机构的因素,再应用传统机构学的研究方法已经不能全面准确的研究这些新机构,因此有必要用新概念和新方法来研究这些新机构。李学荣、邹慧君等提出了用广义机构的理论体系来研究现代机构,本文在此基础上从以下几个方面展开了研究,取得了相应的结果:1.研究了广义机构的结构,其结构组成要素分别是拓扑要素、几何要素和物理要素;讨论了广义机构结构与其组成单元结构的关系;着重研究了广义机构三种结构组成要素中最为重要的拓扑要素,特别是针对空间可展开机构,研究了这些广义机构构件的组成,并定义了广义构件的概念,分析了广义构件在机构中的功能;研究了广义机构的两种描述和表示方法,即广义机构的赋权拓扑图表示法和矩阵表示法,用赋权拓扑图表示广义机构可以较为全面而简洁的地表示广义机构的拓扑要素;根据赋权拓扑图可以方便的得到对应的广义机构的矩阵表示,包括关联矩阵和邻接矩阵;研究了广义机构的广义自由度,即运动传递自由度和力传递自由度的概念,运动传递自由度描述了广义机构中原动件和从动件之间的速度传递关系,力传递自由度则描述了原动件和从动件之间的力传递关系,用以描述和评价广义机构的动力学性能,最后给出了广义自由度的计算方法。2.研究了基于旋量理论的拉格朗日法的广义机构动力学问题。概述了旋量理论的基本原理,即Chasles定理和Poinsot定理;重点研究了包含闭链的广义机构的动力学问题,包括含有闭链的广义机构的结构方程,其实质是将含有闭链的广义机构分为有共同机架和末端构件的多个分支运动链,再分别得到各分支运动链的结构方程使其相等,研究了刚性构件、柔性构件、弹簧和绳索的动能和势能基于旋量理论的描述和表达,由此得到各分支运动链的动力学方程,将广义机构在某些构件处截断形成开链树形系统,以便运用现有的分支运动链动力学分析方法,再根据闭链机构的结构方程得到形成闭链广义机构的乘子,这一方法极大的简化了含有闭链的广义机构的动力学分析问题;以ETS-VIII可展开天线中的广义机构为对象,建立了该广义机构的动力学模型并求解。3.以ETS-VIII可展开天线中的广义机构为对象研究了广义机构优化设计问题。分析了影响该广义机构性能的主要结构因素,选作该机构优化的设计变量;基于广义自由度的概念,选取力传递自由度的统计学数字特征均值和标准差的加权和表示该广义机构在展开过程中的动力学性能;根据该广义机构中各个构件的几何关系和机构设计要求,给出优化的约束条件;由设计变量、目标函数和约束条件建立该广义机构的优化模型,并采用多岛遗传算法进行求解,获得了多组不同权值下的广义机构优化结果,分析力传递自由度的均值、标准差和该广义机构的展开驱动行程等参数的关系,得到了相应的结论。
【关键词】：广义机构 拓扑分析 旋量理论 动力学分析 优化设计
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 引言15
• 1.2 选题缘由及意义15-20
• 1.3 国内外研究现状20-21
• 1.3.1 机构拓扑结构的研究现状20
• 1.3.2 旋量理论研究现状20-21
• 1.3.3 机构动力学研究现状21
• 1.4 本文内容21-23
• 第二章 广义机构拓扑结构分析23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 广义机构的结构及相关概念23-25
• 2.3 广义机构的拓扑结构表示25-27
• 2.3.1 广义机构的拓扑图表示25-26
• 2.3.2 广义机构的矩阵表示26-27
• 2.4 广义机构的广义自由度27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 广义机构动力学分析31-63
• 3.1 引言31
• 3.2 旋量理论简述31-33
• 3.3 基于旋量理论的拉格朗日动力学分析方法33-48
• 3.3.1 含有闭链的广义机构的结构方程33-34
• 3.3.2 广义构件的动力学分析34-44
• 3.3.3 基于旋量理论的分支运动链的拉格朗日方程44-46
• 3.3.4 含有闭链的广义机构动力学分析46-48
• 3.4 广义机构动力学分析算例48-61
• 3.4.1 平面两杆分支运动链的动力学方程49-52
• 3.4.2 平面三杆分支运动链的动力学方程52-55
• 3.4.3 广义机构的动力学方程55-58
• 3.4.4 动力学分析结果58-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章 广义机构优化设计63-71
• 4.1 引言63
• 4.2 优化模型的建立63-67
• 4.2.1 设计变量63
• 4.2.2 目标函数63-66
• 4.2.3 约束条件66
• 4.2.4 优化模型66-67
• 4.3 优化模型求解67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 研究总结71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介79-80

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本文编号：331454