《大型機電裝備複雜特性的相似模擬研究》是依託中南大學，由王艾倫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大型機電裝備複雜特性的相似模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王艾倫
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於現有相似理論的模型試驗由於無法處理大型機電裝備的多層次系統相似、高度病態特徵下的功能相似及尺寸效應下的非線性相似等複雜特性相似問題，使得模型試驗的模擬精度低，無法滿足由於大型機電裝備結構複雜、功能豐富、服役環境極端化所帶來的高精度設計與研究要求。本項目以大型機電裝備複雜特徵的相似模擬為基本著眼點，通過系統結構相似和功能相似的數理分析，提出大型機電裝備系統層面上的相似準則或定理；在此基礎上，研究大型機電裝備的病態程度與結構相似、功能相似的關係，提出高病態原型的低病態模型模擬方法；研究尺寸效應下原型-模型本構方程不同時的相似問題，以功能相似為前提，建立原型和模型本構方程的一般映射關係及非線性相似準則。通過以上研究，進一步發展相似理論的理論內涵，以更加有效地指導我國大型機電裝備的設計和研究。
結題摘要
基於現有相似理論的模型試驗由於無法處理大型機電裝備的多層次系統相似、高度病態特徵下的功能相似及尺寸效應下的非線性相似等複雜特性相似問題，使得模型試驗的模擬精度低，無法滿足由於大型機電裝備結構複雜、功能豐富、服役環境極端化所帶來的高精度設計與研究要求。本項目以大型機電裝備複雜特徵的相似模擬為基本著眼點，分別從大型機電裝備複雜結構系統相似的數理表達、大型機電裝備病態特徵下的相似、大型機電裝備的變態相似、大型機電裝備尺寸效應下的相似進行了研究。 1.針對大型機電裝備複雜結構系統相似的數理表達研究，根據複雜系統的整體性、關聯性、層次性等特點，首次提出了由模型系統與原型系統的功能相似準則與結構相似準則結合成的矩陣相似準則，可以補充經典相似三定理的不足，作為新的相似準則來指導系統設計，即：只要原型系統π矩陣與模型系統π矩陣相等則兩系統相似，並通過該矩陣相似準則來描述並指導建立試驗模型，該準則可以作為相似第四準則（複雜系統相似準則）。 2.針對大型機電裝備病態特徵下的相似研究，提出了一種基於數學模型降階的複雜病態系統相似模擬方法，對於引起系統病態的元件，若對系統特性影響程度小，則在建立系統的縮尺模型時，運用模型降階的方法降低系統病態，獲得與原型功能相似的低病態模型；對於數學模型降階在模型試驗中的不足，提出了基於元件活躍性的物理模型降階方法，套用鍵合圖法對複雜系統元件活躍性進行了分析，結合相似理論提出了基於元件活躍性的複雜系統動力學相似模型建立方法，並將基於元件活躍性的模型建立方法套用於葉片-輪盤-轉子系統的相似模擬研究中。 3.針對大型機電裝備的變態相似研究，分別基於量綱分析法研究了轉子系統正態模型相似準則和基於方程分析法研究了轉子系統變態模型相似準則，實現了利用相似模型預測原型轉子系統動力特性；提出了一種基於最佳化算法的轉子系統模型設計方法，並通過模態試驗驗證了所建立的轉子系統動力模型與原型動力學相似關係的正確性。 4.針對大型機電裝備尺寸效應下的相似研究，對不同尺寸的模型與原型間的尺寸效應進行量化表達，建立了統一的尺寸效應度量指標，能夠精確表示模型受到的尺寸效應程度；提出了尺寸效應敏感性和尺寸效應的區間，可以對模型受到的尺寸效應程度進行預測，並可以通過尺寸效應程度值對模型進行補償，減小模型與原型裝備間的特性差異。
