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仿生海豹觸須傳感器的動力學特性的分析方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510366678.6

申請日:

2015.06.29

公開號:

CN104915570A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):G06F 19/00申請公布日:20150916|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 19/00申請日:20150629|||公開
IPC分類號: G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F19/00
申請人: 常州信息職業技術學院
發明人: 王二化; 趙黎娜
地址: 213164江蘇省常州市武進區鳴新中路22號
優先權:
專利代理機構: 南京鐘山專利代理有限公司32252 代理人: 戴朝榮
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510366678.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.07.10|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種仿生海豹觸須傳感器的動力學特性的分析方法,包括以下步驟,將一根仿生海豹觸須分成連續多個Timoshenko梁段,根據所述Timoshenko梁段的運動學方程和動平衡方程,計算所述仿生海豹觸須上任一點直線位移針對剪切力的頻響函數H00和角位移針對剪切力的頻響函數N00以及仿生海豹觸須上任一點直線位移針對彎矩的頻響函數L00和角位移針對彎矩的頻響函數P00,這種仿生海豹觸須傳感器的動力學特性的分析方法采用多段Timoshenko梁理論和傳矩陣法分析自由狀態仿生海豹觸須的動力學特性,揭示彈性模量、剪切系數、阻尼比以及截面尺寸等參數對結構固有振動特性的影響規律,對于仿生海豹觸須傳感器的發展進步具有重大意義。

權利要求書

權利要求書
1.  一種仿生海豹觸須傳感器的動力學特性的分析方法,其特征在于:包括以下步驟:
A1、將一根仿生海豹觸須分成連續多個Timoshenko梁段,令所述Timoshenko梁段的左端面的彎矩和剪切力分別為Mi-1,Qi-1,右端面的彎矩和剪切力分別為Mi,Qi,建立所述Timoshenko梁段的運動學方程如下:
??x2(EI?2y?x2)+m?2y?t2-mIA?4y?x2?t2-mEIkGA?4y?x2?t2-m2IkGA2?4y?t4=0;]]>
其中,y(x,t)為所述Timoshenko梁段上任一點的直線位移;A為Timoshenko梁段橫截面積;m為單位長度的Timoshenko梁段質量;E為楊氏彈性模量;G為剪切模量;k為剪切系數;I為二階截面慣性矩;l為梁段長度;
建立所述Timoshenko梁段的動平衡方程如下:
GAk(?2y?x2-?θ?x)-m?2y?t2=0;]]>
其中,θ為所述Timoshenko梁段上任一點的角位移;
A2、根據所述Timoshenko梁段的運動學方程和動平衡方程得到所述Timoshenko梁段左端面的狀態矢量表達式如下:
yθMQi-1=01mkω2-GAδ2GAδ00-EI(mkω2-GAδ2)GA2δ001mkω2-GAϵ2GAϵ00-EI(mkω2-GAϵ2)GA2ϵ0CIC2C3C4;]]>
以及所述Timoshenko梁段右端面的狀態矢量表達式如下:
yθMQi=sinlδcoslδ-mkω2-GAδ2GAδcoslδmkω2-GAδ2GAδsinlδEI(GAδ2-mkω2)GAsinlδEI(GAδ2-mkω2)GAcoslδ2δcoslδ-2δsinlδshlϵchlϵmkω2-GAϵ2GAϵchlϵmkω2-GAϵ2GAϵshlδ-EI(GAφ2-mkω2)GAshlϵ-EI(GAϵ2-mkω2)GAchlϵ-2δchlϵ-2δshlϵC1C2C3C4;]]>
A3、令yθMQi-1=Ti-1C1C2C3C4]]>yθMQi=TiC1C2C3C4,]]>則所述Timoshenko梁段左端面和右端面狀態矢量的關系為:
yθMQi=TiTi-1-1yθMQi-1;]]>
則所述Timoshenko梁段左端面和右端面的傳遞關系矩陣為:
Di=TiTi-1-1;]]>
則所述仿生海豹觸須整體的傳遞關系為:
{z}i=[Di][Di-1][Di-2]…[D2][D1]{z}0=[H]{z}0;
A4、將所述仿生海豹觸須整體的傳遞關系修改為:
{z}i=[H]({z}0-{Δz})0-{Δz}i;
并將所述仿生海豹觸須整體的傳遞矩陣為:
yθ00i=××××××××t4i-13t4i-12×t4i-10t4i-3t4i-2×t4iyθ0-P0]]>
其中P為所述仿生海豹觸須整體所受到的剪切力,計算所述仿生海豹觸須上任一點直線位移針對剪切力的頻響函數H00和角位移針對剪切力的頻響函數N00:
H00=y0P0=t4i-10t4i-2-t4i-12t4it4i-13t4i-2-t4i-3t4i-12;]]>
N00=θ0P0=t4i-3t4i-10-t4i-13t4it4i-3t4i-12-t4i-13t4i-2;]]>
同理可得所述仿生海豹觸須上任一點直線位移針對彎矩的頻響函數L00和角位移針對彎矩的頻響函數P00。

2.  如權利要求1所述的仿生海豹觸須傳感器的動力學特性的分析方法,其特征在于:還包括以下步驟來得到水流對仿生海豹觸須的動態作用力分布:
建立廣義隱馬爾科夫模型(GHMM):
λ=(N,M,π,A,B);
其中,N表示隱狀態數目,隱狀態可以表示為S={S1,S2,...,SN},在t時刻,隱狀態變量為qt;M表示每個狀態的可能觀測數目,每個狀態的觀測結果可表示為V={v1,v2,...,vN},在t時刻的觀測值為ot;觀測序列記為O={o1,o2,...,oN},觀測序列上界為O‾={o‾1,o‾2,...,o‾N},]]>觀測序列下界為O={o1,o2,...,oN}
通過Baum-Welch算法,可得廣義隱馬爾科夫模型訓練公式如下:
logp(O‾,Q|λ)=log(p(Q|λ).p(O‾|Q,λ))=logπq1l+Σt=1T-1logaqtqt+1l+Σt=1Tlogaqtl(O‾t);]]>
從而得到GHMM參數的上下界重估公式,如取得最大值,可得GHMM參數上界重估公式如下:
aijl=cijl/dualΣjcijl=Σt=1T-1ξtl(i,j)/dualΣt=1T-1ytl(i);]]>
bj(k)l=djkl/dualΣkdjkl=Σt=1,o‾t=vkTytl(j)/dualΣt=1Tytl(j);]]>
πil=e1l/dualΣie1l=γ1l(i);]]>
其中,表示由狀態i轉移到狀態j的狀態轉移區間概率的下界;表示在狀態j前提下,觀測值為k的觀測區間概率的下界;表示狀態i初始狀態區間概率的下界;表示t時刻為i狀態,t+1時刻為j狀態的區間概率下界;表示t時刻狀態為j的區間概率下界;
最終推導出水流對所述仿生海豹觸須的動態作用力分布如下:
?u?t+(u·▿)u=g-1ρ▿P+v▿2u;]]>
其中,哈密爾頓算子u是速度矢量,g是重力矢量,▽P是壓力差,ρ是密度,ν▽2u是擴散項。

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