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期刊信息/Journal information
力学学报
力学学报

郑泉水

双月刊

0459-1879

lxxb@cstam.org.cn

010-62536271

100190

北京市北四环西路15号2号楼 324 房间

力学学报/Journal Chinese Journal of Theoretical and Applied MechanicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《力学学报》由首任主编钱学森等创刊1957年，由中国科学院主管、中国力学学会和中国科学院力学研究所主办。《力学学报》是力学学科的综合性学术刊物，报道在理论和应用力学所有领域里，在理论、方法和实验方面的研究进展。期刊鼓励发表与力学相关的交叉学科的研究成果，力求成为力学与其他工程和科学分支的桥梁，成为有助于中国力学年青学子成长和推动与中国重大工程建设合作的平台。从2012 年开始，学报将提供四个栏目： 1 、特邀论文，2 、全文，3 、快报，4 、对近期在本刊发表论文的讨论。对栏目 1和2的论文从收稿到发表的平均周期，将力争控制在6个月以内；对栏目3和4，则为3个月以内。尽管期刊是逢单月正式发表，论文稿一旦接受发表，将在24小时内网上登出。本刊论文对中国力学学会的所有会员（超过2万人）开放下载
正式出版
收录年代

    挠性航天器姿态动力学数据驱动辨识与控制

    陈竑宇陈提
    433-445页
    查看更多>>摘要：挠性航天器的姿态机动与其挠性部件的振动存在强耦合,这导致系统表现出明显的非线性特征,其动力学行为的描述与控制是非常具有挑战的问题.为了处理挠性航天器建模与姿态控制中的非线性问题,针对挠性航天器的姿态控制问题提出了一种基于Koopman算子理论的数据驱动建模方法,并基于数据驱动辨识得到的模型设计了最优控制器,实现对挠性航天器的姿态控制和振动抑制.首先,提出了一种基于Koopman算子理论和非线性系统稀疏性辨识算法(SINDY)的SO(3)上挠性航天器姿态动力学数据驱动辨识方法,根据SO(3)上挠性航天器姿态的动力学特点,设计了一组包含姿态动力学状态的观测函数,用于提升空间上挠性航天器姿态动力学的广义线性模型稀疏性辨识.然后,在小角速度假设下进行全局线性化,通过去除广义线性模型中的高阶项来得到挠性航天器姿态动力学的有限维Koopman稀疏模型,并通过仿真验证了广义线性SINDY模型与Koopman线性化模型的预测能力.最后,以数据辨识得到的线性化模型为基础,提出了基于Koopman算子的最优线性二次型调节器(LQR)用于挠性航天器的姿态控制与振动抑制.通过仿真验证了所提出控制器的效果,并将所提出的控制器与经典非线性最优控制方法进行对比,证明了所提出算法的优势.

    挠性航天器SO(3)Koopman算子数据驱动SINDYLQR

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    超大型多模块结构组装过程动力学与姿态控制

    符康琦张乐榕李庆军邓子辰...
    446-459页
    查看更多>>摘要：机器人在轨自主组装是未来建造超大型航天结构最具潜力的方式.超大型结构通常包含多个模块,需要机器人在柔性结构上反复进行抓捕、安装和爬行等操作.此外,组装过程中结构还受到空间环境干扰力的影响,需要经历构型的增长和参数的变化,导致其动力学行为非常复杂.为了研究机器人空间组装超大型多模块结构的过程,提出了一套轨道-姿态-结构耦合动力学、规划与控制的仿真框架.首先,采用自然坐标法和绝对节点坐标法建立主结构、空间机器人和组装模块的轨道-姿态-结构耦合动力学模型,采用Kelvin-Voigt线性弹簧阻尼模型描述机器人末端夹持机构和模块对接机构的接触碰撞.然后,对机器人进行运动规划、轨迹规划和关节轨迹跟踪控制研究.最后,采用不同的组装姿态和不同的姿态控制方案对组装过程进行动力学仿真.仿真结果表明,由于质心位置的改变和组装模块的轨道差异,主结构在组装过程中可能会出现显著的轨道漂移(取决于组装姿态).如果模块沿轨道半径方向组装到主结构,将导致组装过程长半轴和离心率出现快速增长;反之,如果模块沿轨道切向组装,长半轴和离心率基本保持不变.此外,即使采用了万有引力梯度稳定的组装姿态,仍需进行姿态控制和结构振动控制,以减小结构振动幅值,降低机器人与结构的碰撞风险,提高组装精度和组装效率.

    超大型航天器空间机器人空间组装刚柔耦合动力学绝对节点坐标法

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    基于深度强化学习的多无人车系统编队控制

    曾毓凌郝宇清于颖王青云...
    460-471页
    查看更多>>摘要：针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,采用一致性控制与伴随位形相结合的方法对编队控制问题进行建模和简化.建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息,然后设计了基于九大典型运动方向的动作空间,并设计了基于相对距离和相对速度的奖励函数,基于以上参数进行了神经网络架构的设计和网络训练与运动仿真环境的搭建,并成功训练出有效的控制器.该控制器可以直接应用于带有非完整约束的欠驱动无人车的编队任务,且控制器的网络训练只需要运动数据而不需要精确模型,是一种无模型控制方法.最后,通过大量不同场景下的运动仿真验证了控制器的有效性,包括多队形、多位置、多轨迹仿真以及时变队形、时变通讯和通讯故障等特殊情况的检验,该控制器在所有场景中均能有效完成控制任务.最后优化了编队起始阶段的策略,定义了等候条件与启动条件,有效节约了控制的能耗,利用运动仿真和对比分析验证了优化作用.

    无人车一致性控制编队控制深度强化学习无模型控制

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    气流作用下气道组织变形的流固耦合研究

    秦源陈茜魏东任晓勇...
    472-481页
    查看更多>>摘要：悬雍垂腭咽成形术(UPPP)是一种治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的常规外科手术,然而由于手术作用机制仍不清楚,手术成功率较低.现有的研究大多忽略了患者上气道的具体形态以及呼吸作用下气道软组织的弹性变形,不足以有效指导手术治疗.文章基于OSA患者在术前、术后的CT扫描图像,构建了精确的三维上气道模型,通过双向流固耦合(FSI)计算,模拟研究了呼吸作用下上气道软组织的弹性变形和气道内气流流动情况.比较手术成功案例和失败案例中OSA患者上气道的流速、压力分布及气道弹性变形情况,从气道流体流动状态和气道软组织变形的角度解释了 OSA的发生原因与手术作用机制.结果表明,最小横截面积尺寸并不是UPPP手术成功与否的决定性因素,成功的手术应当是减轻气道壁负压力程度、降低气道进出口之间的压降.此外,使用双向FSI方法,文章进一步构建了简化的人体二维软腭模型,探究了软腭弹性模量对吸气过程的影响,发现当软腭的弹性模量在0.5～1.5 MPa的范围内时,刚度更小的软腭会改善流场的流动情况,但也更易发生变形塌陷.文章所发展的流固模型为个性化预测手术效果提供了研究工具.

    上气道阻塞性睡眠呼吸暂停双向流固耦合压降数值模拟

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    基于绝对节点坐标法的复杂构型输流管道简支支承设计研究

    邢浩然何毅翔代胡亮王琳...
    482-493页
    查看更多>>摘要：输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation,ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导.

    输流管道复杂构型绝对节点坐标法稳定性支承设计

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    基于渐近分析法的复杂截面梁振动分析

    宋子文孙直朱一超
    494-505页
    查看更多>>摘要：梁结构在工程工业中发挥着重要的作用,梁的自振问题能够体现其本征动力学特性,是梁动力学分析中的基本问题.经典梁理论的提出往往基于不同的假设,文章采用渐近分析的方法,以梁的截面尺寸与长度之比为特征参数,严格地推导了三维梁结构的一维等效振动分析模型.基于梁结构几何特征的参数的引入,有助于确定梁结构应力场和位移场等物理量之间的真实量级关系.渐近分析结果表明,纯弯曲变形只是细长梁振动分析中的首阶项,对于复杂截面梁结构仍然可以使用与欧拉梁模型复杂度相似的一维等效梁模型进行振动分析.以精细三维有限元的计算结果为基准,验证了所提出的一维等效梁模型用于振动分析的准确性和有效性.一维等效梁模型可以在商业有限元软件中通过自定义截面等内嵌模块便捷地实现.对比有限元软件中多种梁单元的计算结果发现,在相似的模型复杂度下,等效模型对细长梁自振频率的分析精度与稳定性显著优于在商业有限元软件中直接选择复杂梁截面使用梁单元计算的结果.

    渐近分析法复杂截面欧拉梁自由振动

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    征稿简则

    《力学学报》编辑委员会
    封4页
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