穆華,任治新,胡小平,等
霍炬,王石靜,楊明,等
楊曉霞,黃一
楊功流,劉洋希,李曉平
龍興武,于旭東,張鵬飛,等
袁保倫,饒谷音,廖丹
岳鵬,史震,王劍,等
郝燕玲,楊峻巍,陳亮,等
覃方君,李安,許江寧,等
翁海娜,姚琪,胡小毛
柳國環,李宏男,林海
孫治國,司炳君,王東升,等
廖飛宇,韓林海
陸新征,林旭川,葉列平,等
朱宏平,余璟,張俊兵
劉林超,閆啟方,楊驍
杜修力,金瀏
杜修力,金瀏
聶建國,王宇航
楊文俠,方有珍,顧強,等
倪敏,茍小平,王啟智
張書瑞,李霞,溫澤峰,等
韓艷,胡揭玄,蔡春聲,等
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工程與技術科學基礎學科
穆華,任治新,胡小平,等
摘要:地磁異常場的強度在空間上變化豐富而在時間上很穩定。對地磁異常值與位置之間的非線性函數關系進行了隨機線性化,將地磁異常測量值直接作為觀測量,采用擴展卡爾曼濾波技術實現地磁異常測量信息與慣性導航信息的融合,估計并校正了慣性導航系統導航誤差。仿真表明,組合導航系統具有如下良好性能:對地磁異常具有廣泛的適用性;對初始位置誤差、速度誤差及姿態誤差具有較好的魯棒性;對地磁數據噪聲敏感度較低;可實時更新組合導航信息。將觀測量選為參考數據測量值的信息融合策略引入慣性/地磁組合導航。定量描述地磁異常輔助慣性導航系統的信息量,分析組合導航系統對地磁圖的適用性。 小波具有多分辨率分析特性,利用小波變換閾值濾波可以有效地處理光纖陀螺信號的噪聲。具體的仿真實驗分析比較表明,小波變換閾值濾波可以有效地剔除光纖陀螺的信號噪聲;與傳統的數字低通濾波方法相比,去噪效果更好。利用Allan方差法并通過最小二乘擬合可得到陀螺信號噪聲中各誤差源的幅度;通過比較濾波前后的各誤差系數的具體數值,進一步證實了小波變換閾值濾波的有效性;并指出通過小波分析可以顯示出陀螺信號中低頻噪聲的發展趨勢。 為了適應慣導系統的長期穩定使用和避免從機組上拆裝的麻煩,實現慣組的外場標定是非常有意義的。在不依賴轉臺等設備的條件下,分析了僅依靠速度誤差和位置誤差信息時激光陀螺捷聯慣組的誤差參數的可觀測性問題。首先從外場條件下系統誤差的動態方程出發分析了捷聯慣組的誤差狀態(姿態誤差以及陀螺和加速度計的六個常值漂移)的可觀測性并且進一步分析了誤差狀態估計的收斂速度以及受觀測噪聲的影響程度。分析表明,單一位置條件下在沒有精確初始姿態誤差信息的情況下慣性儀表零偏是不可觀測的,為了較精確地估計出慣組的誤差系數需至少將慣組擺放三個位置。最后對理論分析結果進行了仿真驗證。 加速度計是旋轉加速度計重力梯度儀的核心元件,梯度信號測量要求其加速度計具有高分辨率和低的噪聲水平,這就需要對現有石英加速度計進行改進,通過表頭抽真空,提高控制回路增益來抑制噪聲,提高分辨率。抽真空后表頭近似為無阻尼狀態,其控制回路中需增加阻尼補償的環節,避免系統在工作頻段附近出現振蕩;并且,對控制回路中的校正環節也進行了重新設計,加入積分環節,使系統對位置信號的穩態誤差為零,大幅度提高工作頻段的系統開環增益,從而有效地提高了系統的動態測量精度。 高精度的慣性導航系統是提高艦船綜合作戰性能的基礎。為了提高慣性導航系統的精度,采用單軸旋轉慣性測量組件的方book=28,ebook=32法,研制了激光陀螺單軸旋轉慣性導航系統。介紹了系統的硬件組成,主要包括系統基本結構,慣性器件的主要技術參數和導航計算機的組成。描述了系統的多位置初始對準方式和溫度補償方案。對該系統進行了長時間靜態導航實驗和跑車實驗,實驗結果表明:四次長時間靜態導航實驗峰值定位誤差5 d優于1 nm,10 d優于2 nm;兩次跑車實驗峰值定位誤差77 h優于1.4 nm、15 d優于2.5 nm。 旋轉式慣導系統的標度因數誤差效應理論分析關系系統的設計和精度的提高。從旋轉式慣導系統的誤差傳播方程出發,推導了光學陀螺旋轉式慣導系統中由于標度因數誤差引起的數學平臺角度誤差表達式,并以此為基礎,分析了非對稱性標度因數誤差的自動補償效應、地球自轉與對稱性標度因數誤差的耦合效應、轉軸方向上的標度因數誤差效應等現象,最后得到了要減小或者消除這些誤差效應所應該注意的原則和結論。分析表明,合適的雙軸轉動方案能夠補償全部三個陀螺的非對稱性標度因數誤差;采用三軸或者三軸以上的轉軸,能消除對稱性標度因數誤差與地球自轉耦合引起的導航誤差;為防止對稱性標度因數誤差和轉位運動耦合而引起的大的導航誤差,應采用正反轉相結合方案。 由于MEMS陀螺精度低、漂移大,使得MEMS陀螺和加速度計構成的微慣性導航系統(Micro-INS)的精度很低,導航定位誤差發散很快,不能滿足載體進行導航定位定姿的要求。而相對MEMS陀螺,MEMS加速度計精度較高,據此提出用MEMS加速度計來構成的無陀螺微慣性導航系統(Gyro Free Micro Inertial Navigation System,GFMINS),即通過將高精度的MEMS加速度計安放在載體非質心處,代替陀螺來測量載體角運動信息,實現在短時間內的載體角速度測量精度優于MEMS陀螺的精度,以滿足某些短時間運行載體的導航定位定姿要求。最后,針對某型火箭彈的運動模型,對兩種慣導系統進行了仿真,結果表明,由誤差補償后MEMS加速度計構成的無陀螺微慣導系統,在100 s內的導航誤差等效于傳統慣導系統中陀螺漂移0.1(°)/h的誤差。 基于大方位失準角條件下捷聯慣導系統誤差模型的非線性特點,采用非線性濾波方法進行初始對準。擴展卡爾曼濾波存在精度低,且需要計算雅可比矩陣等不足,而中心差分卡爾曼濾波在遞推過程中具有計算量大,數值不穩定等缺點。針對上述問題采用了一種改進的中心差分濾波算法——平方根中心差分卡爾曼濾波。仿真結果表明,與擴展卡爾曼濾波相比,平方根中心差分卡爾曼濾波對方位失準角的對準精度由24.5′提高到5.83′,并且避免了計算雅可比矩陣帶來的不便;與中心差分濾波相比,平方根中心差分卡爾曼濾波在保證濾波精度的同時,降低了濾波的計算量,提高了濾波的數值穩定性。 針對慣導系統傳統阻尼方法存在的阻尼網絡設計復雜、狀態切換產生較大超調誤差等主要問題,提出了一種基于變阻尼比例控制的慣導水平內阻尼方法,在無阻尼慣導東向、北向水平修正回路中增加一條前向比例環節通道,通過合理設計比例參數,利用提取的加速度信息進行慣導水平內阻尼,抑制慣導中舒拉振蕩誤差。相對于傳統阻尼方法,該方法使得阻尼網絡設計大為簡book=29,ebook=33化。該方法通過連續調整比例控制系數,可實現阻尼系數的連續線性修正,能有效抑制無阻尼狀態向阻尼狀態切換時超調誤差。關鍵詞:慣導;阻尼;比例;超調 初始對準的時間和精度是艦船慣導系統的重要指標。針對在不同情況下慣導系統啟動的實際工程需求,提出了單軸旋轉激光捷聯慣導系統的初始對準方案。研究了系統在動基座情況下進行粗對準方法。建立了單軸旋轉慣導系統的誤差模型,使用卡爾曼濾波的方法實現了系統精對準過程。分別對慣導系統三種不同動態啟動條件,設計了不同的對準方案。數字仿真結果表明,經過6 h的初始對準,垂向陀螺常值漂移的對準誤差在設定值的5.2%以內,垂向加表零偏的對準誤差在設定值的1.8%以內。 回顧并比較了地震動激勵下計算結構響應的位移輸入模型和一致加速度輸入模型,詳細地討論了由于阻尼項忽略不同導致兩種輸入模型的本質差別,分析了由此對計算結果產生的影響,并通過數值算例說明該影響不容忽視,進而建議在比較地震動多點激勵與一致激勵下的結構反應時,一致激勵應采用位移輸入模型而不是一致加速度輸入模型,從而可避免由于兩種模型本身阻尼項忽略不同對計算結果產生的影響。此外,指出了振型疊加方法在嚴格理論上不適用于位移輸入模型。 為研究高強箍筋高強混凝土柱的抗震性能,首先進行了6根配置高強箍筋的高強混凝土柱和3個普通強度混凝土柱(作為對比)抗震擬靜力試驗,并對其破壞形態、滯回曲線、延性及耗能指標以及抗剪強度等進行了對比分析。結果表明:高強混凝土試件與普通混凝土試件破壞過程相似,均呈彎剪破壞形態,采用高強混凝土可有效降低試件軸壓比,對其延性和耗能能力有利。將國內外進行的高強箍筋高強混凝土柱抗剪承載力試驗結果與美國ACI318規范、我國混凝土結構設計規范(GB 50010-2002)的抗剪公式進行了對比,認為ACI規范及我國規范在計算高強箍筋高強混凝土柱抗剪承載力時均有不安全因素,宜在設計時注意。采用Mander建議的約束混凝土本構關系和纖維單元程序USC RC仍可以對高強箍筋高強混凝土柱的受彎承載力進行較為準確的模擬分析。 建立了方形鋼管混凝土疊合柱的非線性有限元模型,對其在往復荷載作用下的滯回性能進行了數值模擬。有限元模型考慮了反復荷載作用下混凝土的損傷、構件的幾何非線性以及鋼筋和內鋼管與混凝土之間的粘結滑移。算例分析結果表明,有限元計算和試驗結果總體上吻合良好。采用有限元模型對方形鋼管混凝土疊合柱在軸壓力和側向力共同作用下的工作機理進行了細致分析。 連續倒塌是由局部薄弱層或薄弱區域而導致的整體結構倒塌,是地震下結構最常見的一種破壞模式。理論上,結構設計應book=30,ebook=34避免在地震下發生倒塌破壞,但對結構倒塌行為的研究有利于更好地理解結構倒塌機理并尋找有效的抗倒塌方法。倒塌過程與整體結構體系關系緊密,因而數值模擬成為研究倒塌問題的主要手段。該文開發了可以模擬復雜結構倒塌的程序,通過將數值分析結果與試驗進行比較,說明數值模型可較好地模擬結構構件的各種極端非線性行為。采用建議的數值模型對兩個實際結構進行了分析,分析結果對研究結構在地震下的破壞倒塌機理具有參考意義。 基于動力特性的結構損傷檢測方法在過去幾十年中得到了迅猛發展。該技術的核心思想在于結構的振動特性(比如頻率、振型、模態阻尼等)是結構物理參數(如質量、阻尼和剛度)的函數,結構損傷即意味著結構物理參數的改變,而物理參數的改變必然引起結構振動特性的改變。該文介紹了結構健康監測與損傷動力檢測方法的涵義、應用現狀和分類方法。對基于動力特性的結構損傷檢測方法和識別算法做了重點介紹,分析了各種方法的優點和不足之處。最后對有待進一步研究的問題和結構損傷檢測方法發展趨勢進行了展望。 黏彈土體的應力-應變關系利用分數導數黏彈性模型進行描述,建立了分數導數黏彈性土層的豎向振動控制方程。在考慮三維波動的條件下,利用勢函數和分離變量的方法求解了分數導數黏彈性土層的豎向振動。考慮樁土邊界條件和接觸條件對分數導數黏彈性土中樁基的豎向振動進行了研究,分析了主要樁土力學參數對樁頂復剛度和導納的影響規律。研究表明:分數導數的階數、土體模型參數和樁長徑比對樁頂復剛度和導納有較大影響;分數導數黏彈性模型可以在較大的范圍內較精確地描述土體的力學行為;當長徑比增大到一定的程度時再增加長徑比對樁基豎向振動特性的影響不大。 假定混凝土是由骨料顆粒及砂漿基質組成的復合材料,基于Voigt并聯模型對混凝土細觀單元進行等效化,對單元的等效彈性模量進行統計分析。以Weibull分布為假設分布,采用圖解法結合逐步回歸優選法進行參數估計,探討了混凝土細觀單元彈性模量的分布形式,并根據Kolmogorov非參數檢驗,對假設分布進行了檢驗;對不同尺度下的細觀單元彈性模量進行統計分析,并對骨料空間分布隨機性的影響作了初步分析;最后對不同級配下混凝土材料的特征單元尺度問題進行了研究。結果表明:1)混凝土細觀單元彈性模量的隨機分布形式及參數具有尺度效應,且并不完全服從Weibull模型;2)混凝土細觀單元彈性模量的變異性與尺度相關,隨單元尺度的減小,變異性先隨之增大后逐漸趨于穩定,它反映了混凝土材料細觀不均勻程度存在一個合理的細觀尺度表述的事實,對應于變異系數向平穩段過渡的拐點所對應的單元尺度稱為特征尺度;3)二級、三級、四級配下混凝土材料的特征單元尺度分別為10、15和18 mm;4)骨料空間分布的隨機性對細觀單元彈性模量隨機分布特征影響可以忽略。 混凝土、巖石等工程材料是典型的多孔介質材料,孔隙或微裂紋的存在對材料的彈性模量及強度等力學參數產生很大影響。該文基于三相球模型確定了含孔隙復合材料的有效體積模量,提出采用空心圓柱形桿模型推導得到了含孔隙復合材料有效剪切模book=31,ebook=35量的理論公式,并在各向同性材料的假設條件下確定了材料的有效彈性模量及泊松比;推導并得到了含孔隙材料的有效抗拉、抗壓強度及有效抗剪強度與孔隙率之間的定量關系公式,并進一步得到了含孔基質在達到有效強度時的臨界應變與孔隙率之間的定量關系。結果表明該文方法能較好的預測含孔混凝土材料的有效力學性能,且公式簡單,易于應用。 在大量已有研究成果的基礎上,基于大型通用有限元軟件ABAQUS提供的用戶子程序UMAT開發了一組適用于組合結構構件的單軸材料滯回本構模型,并編制了可用于組合截面纖維自動離散的前處理程序,由此集成了鋼—混凝土組合結構纖維梁模型,可用于完全剪力連接的組合框架體系在豎向荷載及水平往復荷載作用下的整體彈塑性分析。與國內外大量試驗的對比結果表明,該文開發的鋼—混凝土組合結構纖維梁模型具有較高的精度和較為廣泛的適用性。纖維梁模型雖然不能考慮鋼梁與混凝土板之間的滑移效應,但與試驗結果的對比表明是否考慮滑移效應對結構體系整體計算結果的影響不大,但建模工作量大大減少,計算效率顯著提高,在分析組合框架體系在地震往復荷載作用下的受力性能時具有較大的優勢。 為了研究薄壁鋼板組合截面PEC柱(強軸)在恒定豎向荷載下的抗震性能,通過了解國內外在PEC組合柱研究領域的現狀,對3個變化混凝土強度的薄壁鋼板組合PEC柱足尺試件進行了恒定軸壓下水平循環荷載試驗。觀測記錄了各個試件受力階段的外在混凝土裂縫與壓潰和薄壁鋼板組合截面翼緣鋼板局部屈曲現象,得到了試件的荷載—位移滯回曲線。根據試驗結果分析了試件的抗側剛度、裂縫開展與破壞模式、試件的抗震延性與耗能等力學性能。結果表明:試驗試件具有較高的承載能力和較好的延性與耗能性能;構件的破壞模式為薄壁鋼板組合截面翼緣發生局部屈曲、柱腳混凝土壓潰和拉結筋屈服甚至拉斷。 對壓縮單裂紋圓孔板(single cleavage drilled compression-SCDC)砂巖試樣,利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)沖擊加載,進行了巖石張開型(I型)動態斷裂實驗。分別采用2種方法確定砂巖的動態斷裂韌度,第1種方法是實驗—數值法:由SHPB彈性桿上應變片獲得作用在試件上的加載力,然后輸入有限元分析程序求得試樣裂尖動態應力強度因子,對應于裂尖起裂時刻的動態應力強度因子即為材料動態斷裂韌度值;第2種方法是準靜態法:將載荷峰值代入靜態應力強度因子公式確定動態斷裂韌度。2種方法的結果差異較大,對無量綱裂紋長度a/R=0.64(A組)試樣,準靜態方法確定的斷裂韌度值要比實驗—數值法確定的斷裂韌度值平均要小35%~62%;對無量綱裂紋長度a/R=1.61(B組)試樣,準靜態方法的計算結果比實驗—數值法的計算結果平均要小72%~83%。從原理上講,實驗—數值法比準靜態法能更合理地測定巖石的動態斷裂韌度。 該文基于了Kalker三維彈性體非Hertz滾動接觸理論模型,考慮滾動接觸物體具有曲面接觸斑,利用有限元法,推導出物體柔度系數,即力與位移之間的關系,將理論模型轉化為數學上的非線性規劃問題。結合拉格朗日乘子法,求解非線性方程組,從而得到接觸斑力學行為。該模型是考慮曲面接觸斑三維彈性體滾動接觸理論模型,考慮了滾動接觸物體的真實幾何尺寸和接觸book=32,ebook=36區外邊界因素對滾動接觸行為的影響。為解決任何幾何形狀彈性體滾動接觸問題提供了方法。該文主要對二維問題的數值模擬,所得數據結果較為合理。并結合商業有限元軟件計算結果對靜態問題進行對比驗證,兩種模型的分析結果吻合的較好。該文的模型和數值方法進一步完善后將適用于任意曲面接觸斑滾動接觸問題的求解。 車輛和橋梁氣動力參數的準確識別是風-車-橋系統耦合振動研究的前提,目前大多數研究中通常忽略了車輛和橋梁間的相對運動。由于采用風洞試驗測量手段研究此類問題存在一定困難,因此該文基于CFD數值仿真平臺采用動網格技術模擬計算了橫風作用下考慮車輛運動的車輛和橋梁氣動特性,分析研究了風場的紊流特性、車輛的運動速度以及車橋的相互氣動干擾對車輛和橋梁氣動特性的影響。計算結果表明:車輛和橋梁的氣動力特性受車輛的運動速度和車橋間的相互作用影響較大,風場的紊流特性對車輛和橋梁的氣動力也有一定影響。最后通過對比分析單車、橋和車-橋耦合的流場壓力和速度云圖,探討了車輛和橋梁氣動力的相互作用機理。
關鍵詞:自主導航;慣性/地磁導航;隨機線性化;地磁場 光纖陀螺;信號噪聲;多分辨率分析;小波變換閾值濾波;數字低通濾波;Allan方差法 捷聯慣導系統;外場標定;可觀測性;收斂速度 加速度計;控制回路;空氣阻尼;校正網絡 慣導系統;單軸旋轉;激光陀螺;初始對準;溫度補償 光學陀螺;旋轉式慣導系統;標度因數;自動補償;誤差分析 MEMS;慣導系統;加速度計;無陀螺慣導系統;誤差補償 大方位失準角;初始對準;平方根中心差分卡爾曼濾波;擴展卡爾曼濾波 激光捷聯慣導系統;單軸旋轉;初始對準;動態啟動;卡爾曼濾波 地震動;位移輸入模型;一致加速度輸入模型;阻尼;多點激勵 結構工程;高強混凝土柱;高強箍筋;抗震性能;延性;抗剪承載力 鋼管混凝土疊合柱;有限元模型;滯回;損傷;工作機理分析 防災減災;連續倒塌;地震;數值模型;非線性;鋼筋混凝土 健康監測;損傷檢測;動力特性;振動;算法 分數導數;黏彈性;應力—應變關系;振動特性;勢函數 混凝土;Voigt并聯模型;單元等效彈性模量;Weibull分布;Kolmogorov檢驗;特征單元尺度 孔隙;混凝土;三相球模型;圓柱形桿件模型;有效模量;有效強度;臨界應變 鋼—混凝土;組合結構;纖維梁;ABAQUS;UMAT;有限元 薄壁鋼板組合截面;PEC柱;試驗研究;滯回性能;耗能能力;破壞模式 壓縮單裂紋圓孔板;分離式霍普金森壓桿;巖石動態斷裂韌度;實驗—數值法;準靜態法 滾動接觸;共形接觸;余能原理;非Hertz;非線性規劃 風-車-橋系統;橫風作用;車輛運動;氣動特性;動網格技術
來源出版物:中國慣性技術學報, 2007, 15(3): 322-326 入選年份:2012
霍炬,王石靜,楊明,等
來源出版物:中國慣性技術學報, 2008, 16(3): 343-347 入選年份:2013
楊曉霞,黃一
來源出版物:中國慣性技術學報, 2008, 16(6): 657-664 入選年份:2013
楊功流,劉洋希,李曉平
來源出版物:中國慣性技術學報, 2009, 17(2): 145-147,152 入選年份:2013
龍興武,于旭東,張鵬飛,等
來源出版物:中國慣性技術學報, 2010, 18(2): 149-153 入選年份:2013
袁保倫,饒谷音,廖丹
來源出版物:中國慣性技術學報, 2010, 18(2): 160-164 入選年份:2013
岳鵬,史震,王劍,等
來源出版物:中國慣性技術學報, 2011, 19(2): 152-156 入選年份:2013
郝燕玲,楊峻巍,陳亮,等
來源出版物:中國慣性技術學報, 2011, 19(2): 180-184,189 入選年份:2013
覃方君,李安,許江寧,等
來源出版物:中國慣性技術學報, 2011, 19(3): 290-292,301 入選年份:2013
翁海娜,姚琪,胡小毛
來源出版物:中國慣性技術學報, 2012, 20(1): 34-38 入選年份:2013
柳國環,李宏男,林海
來源出版物:工程力學, 2009, 26(2): 10-15 入選年份:2014
孫治國,司炳君,王東升,等
來源出版物:工程力學, 2010, 27(5): 128-136 入選年份:2014
廖飛宇,韓林海
來源出版物:工程力學, 2010, 27(4): 153-162 入選年份:2014
陸新征,林旭川,葉列平,等
來源出版物:工程力學, 2010, 27(11): 64-70 入選年份:2014
朱宏平,余璟,張俊兵
來源出版物:工程力學, 2011, 28(2): 1-11,17 入選年份:2014
劉林超,閆啟方,楊驍
來源出版物:工程力學, 2011, 28(8): 177-182 入選年份:2014
杜修力,金瀏
來源出版物:工程力學, 2012, 29(10): 106-115 入選年份:2014
杜修力,金瀏
來源出版物:工程力學, 2012, 29(6): 70-77 入選年份:2014
聶建國,王宇航
來源出版物:工程力學, 2012, 29(1): 70-80 入選年份:2014
楊文俠,方有珍,顧強,等
來源出版物:工程力學, 2012, 29(8): 108-115 入選年份:2014
倪敏,茍小平,王啟智
來源出版物:工程力學, 2013, 30(1): 365-372 入選年份:2014
張書瑞,李霞,溫澤峰,等
來源出版物:工程力學, 2013, 30(2): 30-37 入選年份:2014
韓艷,胡揭玄,蔡春聲,等
來源出版物:工程力學, 2013, 30(2): 318-325 入選年份:2014