基于逆子理论的洗衣机运输系统动态特性分析

目的获取产品运输包装系统各部件的动态特性。方法采用多级系统分布解耦法,结合二级刚性耦合系统逆子结构理论,推导由产品、车辆部件水平和系统水平频响传函预测关键部件频响传函的理论公式。搭建电机-洗衣机-车辆三级刚柔耦合运输系统,对理论方法进行验证。结果通过在线实验验证,基于理论预测得到的关键部件频响传函和测试值相吻合。结论研究结果为产品运输包装设计和优化提供了参考依据。     

多部件耦合包装系统逆子结构分析一般性理论

建立多部件耦合包装系统动力学模型,建立其动力学分析的一般逆子结构方法,得到从系统水平传函反向计算各耦合部件水平传函及部件间耦合动刚度的理论公式,采用集总参数模型数值校验了所建立理论的正确性。研究结论为复杂系统动力学特性分析提供了一种新的技术方法。     

一类动量交换刚柔耦合系统的鲁棒减振跟踪

提出鲁棒减振跟踪控制方法对一类刚柔耦合系统进行角位移跟踪控制,同时避免激发柔性部件的长时间振动。在推导动量交换刚柔耦合系统数学模型的基础上得到传递函数矩阵,将柔性部件对应的传递函数、角位移跟踪误差、控制量均引入控制目标函数,并将该控制器综合问题转化到H∞优化框架。该方法不需引入额外作动器,在实现中心刚体角位移快速跟踪的同时,避免了柔性部件振动被长时间激发以及控制量过大等弊端。仿真算例验证了方法的有效性。     

多级耦合系统界面动态特性预测的间接逆子结构理论

建立了多级复杂耦合系统动力学模型,基于耦合系统传函特性,建立了子系统耦合界面动态特性在线预测的间接逆子结构方法,结合简单的四级包装系统模型进行了数值仿真和验证。结果表明:所建立方法具有很好的完备性。研究结论为复杂系统动力学特性分析提供了一种新的技术方法。     

刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法及应用研究

利用多体系统传递矩阵法建立了刚柔耦合多体系统的动力学模型,并且将冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合,提出了基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。根据柯西方程推导出系统中的柔性梁在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式。以某型汽车起重机为例分析了在起吊过程中的冲击载荷特点,计算了该刚柔耦合多体系统的冲击响应及柔性梁的冲击应力分布规律,并与试验结果对比,证实了该方法的正确性。     

波轮式全自动洗衣机刚柔耦合模型的建立

摘要：刚柔耦合模型是波轮式全自动洗衣机结构设计的基础。为建立这一模型,首先在ANSYS中建立了盛水桶的有限元模型并进行模态分析,进而通过与实验结果的对比验证了有限元模型的正确性。采用修正的Craig-Bampton模态对盛水桶进行动力学建模,并与刚性模型进行耦合,推导得到系统整体的刚柔耦合模型。最后,采用 方法求解系统DAE方程组,得到了脱水过程中盛水桶的变形信息与载荷信息。将载荷信息反馈给ANSYS进行分析,其计算结果与本文结果进行了对比,验证了本文模型的有效性。     

伺服关节驱动的柔性臂系统耦合动力学模型辨识与实验

针对整个伺服关节驱动的柔性机械臂系统,在考虑其机电、刚柔耦合特性的基础上,理论上进行了动力学建模。分析了包含直流伺服电机、谐波减速器以及伺服驱动器的伺服关节的驱动及摩擦特性,对实验中测到的电机匀速正反转数据进行线性拟合,得到了关节驱动模型中的库伦摩擦力常数和黏滞摩擦力系数。分别建立了从伺服电机驱动电压到光电编码器检测的电机转角、从伺服驱动电压到代表柔性臂振动的应变桥路输出之间的理论传递函数,以伪随机二进制序列为激励信号,通过实验辨识得到了此对应伺服关节柔性臂转动与振动耦合以及机电耦合的两个传递函数,在伪随机和正弦信号激励下,辨识得到的传递函数模型与实际结构的转动位移和振动响应具有较高的一致性。从而得到了伺服关节驱动的柔性臂系统刚柔耦合、机电耦合的动力学模型。     

多级刚性包装运输系统间接逆向子结构分析

目的针对各子部件耦合界面之间的系统水平频响函数难以测量,刚性耦合系统逆向子结构分析方法无法顺利应用的情况,提出多级系统间接分析方法。方法基于子结构理论,提出单点耦合和多点耦合系统的多级刚性耦合系统间接逆向子结构分析方法,然后建立相对应的集总参数模型,利用已知参数和公式获得部件频响函数直接计算值和预测值,最后将两者进行对比验证。结果部件频响函数直接计算值与预测值相吻合,验证了方法的准确性。结论提出的方法可为逆子结构理论在解决耦合界面频响函数难测问题时提供新思路,以及为在运输包装领域更广泛的应用提供更多的可能性。     

获取界面响应不可测数据的频响探针关键技术研究

目的针对传统逆子结构理论在求解过程中界面响应难以实测的问题,提出一种利用频响探针技术来获取该界面响应的关键技术。方法首先基于该频响探针的动力学微分方程,从理论上推导了该频响探针技术的理论公式,然后对建立的二级单点刚性耦合系统进行了有限元数值验证,将利用频响探针技术预测得到的难测原点频响函数与有限元计算值进行比较,并将该预测值代入逆子结构理论公式中,得到了部件频响函数的预测值,将该预测值与有限元计算值进行了对比验证。结果预测值与有限元计算值高度吻合,验证了该理论的准确性。结论该频响探针关键技术在获取界面响应不可测数据方面,有很好的应用价值。     

改进EFG法用于旋转梁的刚柔耦合动力学研究

采用全域插值广义移动最小二乘(IGMLS)的改进无网格伽辽金(EFG)法,对旋转中心刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性进行研究。利用考虑了柔性梁横向变形引起的非线性耦合项的一次近似耦合模型,根据Hamilton原理和EFG离散方法得到刚柔耦合系统的无网格动力学离散方程。在大范围运动未知的情况下,采用数值方法对刚柔耦合系统进行动力响应的仿真计算,并对EFG法的主要影响因素进行了讨论分析。通过与有限元法的数值计算结果对比,验证EFG法用于刚柔耦合系统动力学研究的有效性及可行性,并为无网格法用于更复杂的柔性多体动力学的研究提供了理论依据。     

基于ADAMS的码垛机器人动力学刚柔耦合分析

目的 为了更全面地了解码垛机器人的动态性能,分析码垛机器人臂部变形对其运动精度的影响.方法 以ABB的IRB760型机器人为分析对象,运用Lagrange法计算得到其刚柔耦合动力学模型,然后运用ADAMS软件对机器人在一个工作周期内的运动过程,分别进行刚体动力学仿真和刚柔耦合动力学仿真.结果 机器人末端执行器柔性仿真的速度曲线与刚性仿真的速度曲线基本相同,在运行过程中速度变化平稳连续,无突变,而位移曲线机器人运行状态改变时有区别,柔性仿真的加速度波动较大.结论 码垛机器人臂部柔性变形对机器人的运行精度及稳定性影响较大,采用刚柔耦合方法可以更加准确地分析码垛机器人的运行状态.     

Inverse Sub‐structuring Method for Rigidly Coupled Product Transport System based on Frequency Response Function Testing Probe Technique

The inverse sub‐structuring method has been recently proposed and applied for inverse analysis of product transport system, to predict the component‐level frequency response functions (FRFs) and the coupling dynamic stiffness from only the system‐level FRFs. However, previous applications of this method were all developed based on the assumption that the components were coupled by flexible couplings. Actually, increasing more components are welded or bolted to construct a coupled system, which should be treated as rigidly coupled system. The aim of this paper is to derive a new FRF‐based inverse sub‐structuring method for the analysis of the dynamic characteristics of a two‐component coupled product transport system with rigid couplings. And then a so‐called FRF testing probe technique is proposed and applied to measure the difficult‐to‐monitor FRFs at the coupling interface. The developed method is verified by a lumped‐mass model, showing exact agreement. Finally, the experiment on a physical prototype of two‐substructure coupled product transport system is performed to further check the accuracy of the suggested method. The proposed method is an extension of previous inverse sub‐structuring method and may help to obtain the main controlling factors and contributions from the various structure‐borne paths for product transport system. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

卷筒纸折页机构刚柔耦合建模及其动态特性分析

目的 准确地反映卷筒纸折页机构的动态特性及砍刀与纸张之间的动态接触激励。方法 基于刚柔耦合理论,建立卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动力学模型,将砍刀臂与纸张作为柔性体,研究折页机构刚柔耦合动态特性。结果 建立了刚性折页机构的运动学解析模型,得到连杆与砍刀臂铰接处的位移、速度及从动件角速度的解析值,与刚柔耦合分析值对比,验证了刚柔耦合模型的合理性;而后,对砍刀臂的变形与砍刀头的横向位移之间的关系进行分析,确定了折页机构在保证折页精度时的最大转速;进而分析了砍刀与纸张之间的动态接触激励,确定了砍刀的工作载荷;最后,建立了刚性折页机构动力学解析模型,与刚柔耦合模型分析值对比,发现当折页机构转速大于25 000 r/h时,两者支座反力的偏差比较显著,不能忽略砍刀臂变形的影响。结论 该研究对卷筒纸折页机构的仿真及试验研究具有一定的参考价值。     

刚体碰撞约束柔性体局部撞击载荷特征分析

目的 掌握碰撞局部撞击载荷及其特征,为产品安全防护设计、碰撞响应分析与评估提供理论基础。方法 抽象刚体碰撞柔性体的共性特征,分别将被撞击柔性体的碰撞局部刚度特性和整体结构效应表征为弹簧力-位移关系,建立系统的二自由度刚-柔碰撞动力学模型,应用数值方法系统分析刚柔碰撞局部撞击载荷的特征及不同因素的影响。结果 获得了刚体初始碰撞速度、柔性体碰撞局部刚度特性与整体结构效应等主要因素对局部撞击载荷时程、冲量、峰值和脉宽等撞击载荷特征的影响规律。结论 深化了刚-柔碰撞局部撞击载荷的认知,为防护结构设计提供了理论基础。     

一种基于应变插值大变形梁单元的刚-柔耦合动力学分析

柔性多体系统动力学中的“动力刚化”现象起因于变形间的耦合。一次近似模型成功地解决了小变形情况下的刚柔耦合建模问题,但在大变形情况下则需要考虑更多的耦合效应。本文选取表征梁弯曲应变的曲率和轴向应变作为单元参数进行离散;在大变形大转动基础上得到了单元两端节点运动学参数的递推关系,构造出了能够自动计及“动力刚化项”且适用于大变形刚柔耦合动力学分析的平面梁单元。最后采用本文所提应变插值单元求解了包含大变形和刚柔耦合动力学柔性梁的数值算例,验证了文中算法的正确性和有效性。     

三自由度并联包装机构动力学建模与分析

目的为了提高一种三自由度并联包装机构动态性能,对其进行动力学建模与仿真研究。方法首先建立机构三维模型并进行位置反解计算,而后应用凯恩法列出动力学方程。在对支链模态分析基础上依托多体动力学仿真软件ADAMS与有限元软件Ansys,将各连接杆件由刚体转换为柔性体进行刚柔耦合动力学分析。结果通过动力学建模求得了驱动杆在广义坐标下的驱动力。由模态分析求得支链的第1阶到第6阶固有频率分别为88.656,108.95,119.96,125.33,131.07,138.77 Hz,以及机构在各个阶次下的振型。得到了机构动平台质心运动位移、速度、加速度,以及关节驱动力、力矩变化曲线。结论并联包装机构中刚度薄弱环节位于球铰连接两端,在各阶模态振型中,振动相对位移较大位置位于动平台和支链中部滑块;连接杆件会对动平台运动性能、关节驱动力产生一定的影响。分析结果为并联机构进一步优化提供了理论依据。     

基于ADAMS的凸轮连杆系统中凸轮的CAD系统开发及机构仿真分析

目的基于ADAMS二次开发,为包装机械中一类常用凸轮连杆系统开发专用的凸轮轮廓CAD系统,使用ADAMS为凸轮外形轮廓对系统动态稳定性的影响提供一种直观的评估方法。方法依据凸轮连杆系统的结构特点,使用ADAMS命令语言完成CAD系统的开发。将凸轮连杆长摆臂系统作为研究对象,通过ADAMS刚柔耦合仿真分析,对比正弦和改进正弦2种不同加速度运动规律设计的凸轮在高速运行时执行构件的动态稳定性相关指标,从而验证刚柔耦合仿真分析应用于凸轮连杆系统的正确性。结果使用改进正弦加速度运动规律设计的凸轮,系统执行末端的实际最大速度、最大加速度、实际位移曲线最大波动量等动态稳定性评价指标更优异,符合理论分析。结论 ADAMS刚柔耦合仿真结果能正确反映凸轮轮廓对系统动态稳定性的影响,该分析方法有助于设计出更合理的凸轮轮廓。