复杂多能域耦合系统相似理论研究及其在重载操作装备中的应用

论文摘要

全文以巨型重载操作装备这一大型成套复杂机电系统为工程应用背景,针对其在模型试验研究中的理论和技术难点,进行了复杂机电系统相似理论和方法的系统研究。本文首先针对复杂机电系统多能域这一特点,对经典相似进行拓展,提出并定义了广义相似概念,以适用于多能域系统建模的键合图为工具,推导了键合图各要素相似所对应的动力学相似条件,在此基础上,根据基于键合图的模态分析理论,提出了多能域系统动力学相似的键合图分析法并通过实验验证了该方法的正确性。其次,针对复杂机电系统复杂性这一特点,分析了经典相似理论的局限性,从系统论的角度出发,探讨了复杂系统相似的基本原理和要求,论述了系统在各层次上功能相似、结构相似及两者间固有关系相似,提出了一种能适用于指导复杂系统相似研究的相似理论与方法。该方法是在一般系统理论基础上提出来的,因此具有较好的通用性,能推广应用于多个学科领域。然后,探讨了复杂多能域耦合系统相似的基本要求,在复杂系统相似理论与方法的基础上,提出了基于键合图的复杂多能域耦合系统相似理论与方法,并以一个典型复杂机电系统算例进行相似分析。该方法不仅能处理具有多能域耦合特性的复杂系统局部与整体间的复杂关系,兼顾系统局部相似和整体相似,也能从系统“结构—功能”的对立统一关系中研究系统的相似。最后,应用部分文中研究成果,完成了巨型重载操作装备液压系统这一复杂机电系统的层次分解,建立了各子系统及全局耦合键合图模型,并对其进行了相似分析及模型试验研究。针对具有多能域耦合、复杂性、系统性等特点的复杂机电系统全局相似分析及模型试验的研究在国内外尚未见涉及。本文构思一种研究思路:利用键合图法在多能域耦合系统分析中的优点,将其应用于不同能域耦合系统的相似分析和模型试验,形成一种多能域耦合复杂机电系统相似分析的新方法,结合巨型重载操作装备设计与制造的需要,运用本文研究的方法,为大型复杂机电系统的相似分析与设计提供了新的方法和思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究背景
• 1.2 典型复杂机电系统——锻造操作机概述
• 1.2.1 锻造操作机结构
• 1.2.2 锻造操作机分类
• 1.2.3 国内外锻造操作机的发展现状
• 1.3 模型试验的相关理论与方法及其研究发展动态
• 1.3.1 模型试验中的相似基本概念
• 1.3.2 经典相似分析方法及其特点
• 1.3.3 模型试验研究概况
• 1.3.4 相似理论与方法研究现状及发展动态
• 1.4 课题研究的目的、意义和主要内容
• 1.4.1 复杂机电系统相似分析的目的和意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 第二章 多能域系统相似分析方法及其实验研究
• 2.1 多能域系统建模分析方法——键合图法
• 2.1.1 键合图方法的特点和优点
• 2.1.2 键合图方法的基本概念、符号和原理
• 2.2 多能域耦合系统的广义相似
• 2.2.1 "广义相似"的定义
• 2.2.2 多能域耦合系统的广义相似分析
• 2.3 多能域系统动力学相似分析的键合图法研究
• 2.3.1 多能域系统键合图模型相似的前提
• 2.3.2 基于键合图的多能域系统动力学相似分析
• 2.3.3 算例分析
• 2.4 基于键合图的系统广义相似的实验研究
• 2.4.1 实验目的
• 2.4.2 实验方案的确定
• 2.4.3 实验设备及元件
• 2.4.4 实验步骤
• 2.4.5 实验结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 复杂系统相似分析的理论与方法研究
• 3.1 相似理论的局限性
• 3.1.1 相似理论的理论局限性
• 3.1.2 相似理论的应用局限性
• 3.2 复杂系统相似性原理及相似要求研究
• 3.2.1 复杂系统相似性原理分析
• 3.2.2 复杂系统相似要求分析
• 3.3 复杂系统相似的层次相似描述
• 3.4 复杂系统的"功能——结构"相似分析
• 3.4.1 系统第0层次（整体层次）相似分析
• 3.4.2 系统第k层次相似分析
• 3.4.3 系统第（m-1）层次（部件层次）相似分析
• 3.4.4 系统第m层次（元素或元件层次）相似分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 复杂多能域耦合系统相似分析与研究
• 4.1 复杂多能域耦合系统的相似要求
• 4.2 多能域耦合系统的键合图描述可行性分析
• 4.3 复杂多能域耦合系统"功能——结构"相似分析
• 4.3.1 系统整体层次相似分析
• 4.3.2 系统第k层次（子系统层次）相似分析
• 4.3.3 系统第（m-1）层次（部件层次）相似分析
• 4.3.4 系统第m层次（元件层次）相似分析
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 复杂系统相似理论与方法在巨型重载操作装备中的应用研究
• 5.1 巨型重载操作装备夹持系统的分解
• 5.1.1 夹持系统整体层次分解
• 5.1.2 夹持系统各子系统分解
• 5.2 各子系统键合图模型及数学模型
• 5.2.1 夹持机构键合图模型的建立
• 5.2.2 钳口松夹液压系统键合图模型的建立
• 5.2.3 钳杆旋转液压系统键合图模型的建立
• 5.2.4 传动系统键合图模型的建立
• 5.3 子系统模型集成
• 5.4 巨型重载操作装备夹持系统相似分析
• 5.4.1 夹持系统第0层次相似分析
• 5.4.2 夹持系统第1层次相似分析
• 5.4.3 夹持系统第2层次相似分析
• 5.4.4 夹持系统第3层次相似分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文主要工作及结论
• 6.2 本文的主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果