运动转换惯性系统的机电比拟与网络综合特性研究

质量块等传统质量元件是一端自由另一端受惯性空间接地约束的虚拟双端元件，无法实现弹性和阻尼元件的双端自由动力学特性。项目从新的自由惯性的视角出发研究运动转换惯性系统这一新型质量器件，建立统一理想动力学模型，辨识实际结构的非理想因素，验证其双端自由惯性动力学特性。完善并利用机电比拟方法，将运动转换惯性系统的双端自由惯性特性进行元件化封装，从机械域映射到电路域进行简便的表达和机械振动网络综合。研究运动转换惯性系统的机械振动网络综合特性和集成设计方法，应用运动转换惯性系统提升机械网络的振动性能。项目的研究对突破质量元件一端受惯性空间接地约束的动力学特性的认识具有创新意义，可以进一步完善振动元件的机电比拟方法，初步建立集成运动转换惯性系统优化机械振动网络动力学特性的基础设计理论。为推广运动转换惯性系统，拓展质量元件的应用提供理论和方法支持，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

在国家自然科学基金青年项目“运动转换惯性系统的机电比拟与网络综合特性研究”（50905193）的资助下，开展了运动转换惯性系统的动力学特性研究、运动转换惯性系统的机电比拟表达方法研究、运动转换惯性系统的网络综合特性及集成设计方法研究等几个方面的研究，在此基础上初步建立集成运动转换惯性系统的机械网络综合设计理论，为提升传统机械系统振动特性、设计集成运动转换惯性系统的新型机械网络奠定基础。报告的主要内容如下：. (1) 通过分析运动转换惯性系统的功能需求，分别利用逆螺旋传动、齿轮传动和液压传动实现3种不同的运动转换惯性系统样机。研究利用不同传动方式实现运动转换惯性系统的结构综合、结构设计和样机开发。. (2) 以逆螺旋传动为典型机构，研究运动转换惯性系统的动力学特性。首先忽略摩擦、反向间隙等非理想因素，通过力-加速度之间的关联建立理想动力学模型。然后进一步分析结构质量、反向间隙、结构阻尼和刚度等因素对理想动力学模型的影响，对非理想的动力学参数进行实验辨识，从而完整地建立逆螺旋传动的运动转换惯性系统的动力学模型。. (3) 由于从机械理论研究运动转换惯性系统具有一定的复杂性，研究中利用机电比拟的方法，从机械域映射到电气域，对运动转换惯性系统的动力学特性进行封装，从而提出了一种运动转换惯性系统的机电比拟表达方法。. (4) 采用数值计算方法，开展集成运动转换惯性系统的车辆悬架网络综合优化仿真，讨论集成运动转换惯性系统的车辆悬架与传统悬架相比其性能的提升。将优化设计的结果与传统悬架进行了比较，结果进一步证实在机械网络中集成运动转换惯性系统的有效性。. (5) 在数值求解的基础上，以车辆悬架网络为典型对象，进一步研究了运动转换惯性系统的网络集成设计方法。首先提出了单目标解析优化模型，然后进一步利用切比雪夫规划方法进行网络综合的多目标优化，从而完善了集成运动转换惯性系统的车辆悬架的网络综合理论。. 本项目共发表和录用论文16篇，其中SCI收录（含SCI、EI双收录）10篇，3篇EI收录，另外3篇为中文核心期刊论文。项目授权中国发明专利3项，新申请发明专利2项。项目主持人获得重庆市科技进步三等奖1项，培养硕士研究生已毕业1名。. 本项目系统研究了运动转换惯性系统的机电比拟与网络综合特性，为投入实际应用奠定了基础。