含间隙同步锥齿轮锁定后的非光滑动力学分析

针对周边环形桁架天线展开锁死后,分析齿轮副间隙由于空间冷—热环境交替对天线所产生的影响.因为整个桁架结构复杂,间隙种类众多,所以文中只研究一对同步直齿锥齿轮锁定后间隙的非光滑动力学行为.文中首先介绍了三种碰撞力模型,即恢复系数模型、Hertz接触力模型和非线性弹簧—阻尼模型,然后对物理模型进行简化得到动力学模型,最后建立了动力学方程.由于动力学方程中存在分段,直接求得解析解难度过大,文中直接采用数值仿真的方法进行分析,从仿真结果中得知含间隙的同步锥齿轮在外力的作用下整个系统会出现单倍周期、倍周期分岔和混沌等复杂的非线性响应.     

汽车转向机构间隙运动副的碰撞接触分析

应用多体动力学分析方法及仿真技术研究了某汽车转向机构间隙运动副在转向过程中的碰撞接触特性.首先应用ADAMS软件创建了该车的仿真模型.由悬架系统、转向系统、行驶系统等系统纰成.其次研究了『H]隙运动副的碰撞接触特性,包括转向横拉杆与转向梯形臂之间的运动副及转向梯形臂与悬架之间的运动副.根据实际工作特征,前者运动副采用空间圆柱铰模型,后者运动副采用平面圆柱铰模型.最后对模型进行了仿真分析.仿真结果表明,转向过程中,两问隙运动副的碰撞接触力与间隙大小成非线性关系,多个运动副间隙共存状念下各间隙运动副的碰撞接触力发生变化.这些研究结果为转向机构零部件设计、动力学特性分析提供了更为准确的实验依据.     

大范围运动柔性机械臂斜碰撞动力学分析

对作大范围运动柔性机械臂系统,进行斜碰撞动力学分析.基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,计入耦合变形项,全面考虑大范围刚体运动与弹性小变形运动的耦合,建立系统连续动力学方程.引入斜碰撞力学模型,将法向和切向碰撞力以广义力的形式加入动力学方程中,对系统进行斜碰撞动力学建模分析.法向碰撞模型选取基于连续接触力法的非线性弹簧阻尼模型,切向碰撞模型选取一种修正Coulomb摩擦模型,对切向摩擦力进行统一描述.给出接触、分离判据,实现不同状态的动力学模型转换与求解.对斜碰撞全局动力学进行了仿真验证,分析了柔性机械臂全局过程的动力学特性变化以及碰撞对大范围运动和小变形运动的作用,并对比了不同碰撞方向对大范围运动、变形、机械能、碰撞力等动力学参数的影响.     

高超声速折叠翼展开动力学研究

折叠翼飞行器在飞行过程中通过机翼的展开与折叠,来满足不同飞行任务时的最优飞行性能.在飞行过程中,折叠翼能够顺利展开并安全锁定是折叠翼飞行器顺利完成任务的根本原因之一.因此,针对高超声速折叠翼被动展开过程,研究其精确动力学建模与仿真,优化系统参数与飞行姿态,使得折叠翼展开锁定后的冲击响应满足结构要求.首先,采用绝对节点坐标法建立柔性折叠翼的柔性多体系统动力学模型,采用活塞理论建立气动力模型,从而形成折叠翼的柔-流耦合动力学模型,并采用广义a算法求解.其次,研究被动展开扭杆参数、阻力扭簧参数与飞行姿态等对高超声速折叠翼被动展开动态过程的影响,优化系统参数,有效降低展开锁定后的冲击响应.     

参数化列车碰撞平台的动力学建模与仿真

轨道车辆的设计过程中,有限元碰撞仿真方法建模复杂、修改周期长.为快速计算准确的列车碰撞响应,基于车辆-轨道耦合动力学理论,使用Matlab程序语言,建立参数化列车碰撞平台.根据实际参数,将车辆实体模型转化为数学模型,将连续轨道模型离散为弹性点支承模型;基于Hertz接触理论,使用向量法建立轮轨相互作用模型;将车钩缓冲装置、吸能防爬装置和悬挂装置的力学特性转化为非线性迟滞特性数学模型;采用修正双步长显式积分算法对参数化模型进行时域求解.将有限元仿真结果与参数化仿真结果在速度、加速度以及最大轮对抬升量方面进行对比,结果表明,两种模型的速度变化趋势相同,加速度绝对误差小于1m/s2,轮对抬升量峰值相对误差1.67％,各项指标的相对误差保持在10％以内,对参数化列车碰撞平台的准确性进行了验证.研究结果为揭示列车碰撞后的响应机理建立了仿真基础,为轨道车辆的耐撞性设计中参数的选定提供了一定的理论支撑.     

土壤碰撞问题的刚-散耦合动力学分析

本文以探测器着陆行星土壤为背景,对土壤碰撞问题进行刚-散耦合动力学建模与仿真分析研究.结合离散元方法和多体动力学方法,对半球壳装置土壤跌落问题进行耦合动力学仿真.通过与实验结果及有限元仿真结果对比,验证所采用离散元方法的有效性.分析了颗粒场中颗粒尺寸、恢复系数、静摩擦系数等参数,对碰撞中物体和颗粒场的碰撞加速度、碰撞持续时间、振动波形等动力学响应的影响.本研究将拓展对刚-散耦合动力学问题的理论认识,为探测器着陆系统的设计提供技术支持.     

基于LuGre模型非光滑柱铰链平面多体系统动力学的建模和数值方法

以含非光滑柱铰链平面多刚体系统为研究对象,将间隙充分小的柱铰链视为双边约束,用LuGre摩擦模型描述柱铰链内的摩擦;由第一类Lagrange方程导出该系统的动力学方程(微分 代数方程).铰链处的摩擦使得其动力学方程是关于Lagrange乘子的非线性代数方程组,由于LuGre摩擦模型具有很好的连续性,可将非线性代数方程组与常微分方程组的数值算法(如拟牛顿法和龙格 库塔法)相结合求解其动力学方程.最后,通过数值仿真算例说明了该算法的可行性和有效性,既能很好地反映柱铰链摩擦对系统动力学特性的影响,又能避免Coulomb干摩擦给方程求解带来的困难.     

基于Karnopp摩擦的柔性滑移铰的建模与仿真

对含Karnopp摩擦的柔性滑移铰系统进行动力学建模和仿真.将滑移铰中的滑块视为柔性体,滑道视为刚性接触面,考虑滑道与滑块之间的间隙.由于柔性滑块与滑道的接触状态和摩擦情况比较复杂,采用有限元方法建立了柔性滑块的力学模型,基于罚函数方法建立含Karnopp摩擦柔性滑移铰接触力模型,通过试算迭代法判断柔性滑块各节点的接触状态,基于KED方法和Newmark方法给出了含该滑移铰机械系统动力学方程的数值算法.最后,以含Karnopp摩擦的柔性滑移铰和驱动摆杆构成的机械系统为例进行动力学仿真,分析了其动力学特性,验证了本文给出的方法的有效性.     

双轴椭圆切口型柔性球铰柔度建模及分析

柔性铰链现在已经被大量应用于具有高精度需求的工程项目中。传统的柔性铰链,例如片簧型与切口型铰链,由于其只有一个自由度,在使用时受到了很大的限制。为了满足更复杂的应用需求,对多自由度柔性铰链特别是球铰柔性铰链的研究非常迫切。提出了一种新型的具有两个自由度的双轴椭圆切口柔性球铰结构,并基于单轴椭圆柔性铰链模型及坐标变换方法建立了柔性铰链的6自由度柔度模型。首先,基于材料力学中受力变形公式,推导了单轴椭圆柔性铰链的6自由度柔度模型。然后,根据坐标变换公式,推导了旋转轴为正交布置的双轴椭圆柔性铰链6自由度柔度模型。接下来利用有限元分析方法对该柔度模型的正确性进行了验证。仿真结果表明：有限元仿真结果与理论结果之间误差小于11%。同时,也给出了铰链的精度模型与最大应力模型,并通过有限元仿真验证了最大应力模型的准确性。最后,还设计了实验,验证铰链柔度模型的准确性。该模型有助于双轴柔性铰链结构参数的进一步优化设计。     

后退锁位式RFID自适应多叉树防碰撞算法

针对无线射频识别技术系统中的标签碰撞问题,采用对碰撞位锁定的方法,提出了一种后退锁位式自适应多叉树防碰撞算法。在自适应多叉树防碰撞算法的基础上,通过碰撞锁位指令判断标签碰撞信息并将碰撞位信息提出来,结合后退式寻呼机制,在减少碰撞时隙的基础上,同时也减少了传输的数据量。仿真结果显示,该算法有更快的识别速度和更少的传输数据量。     

Investigation of joint clearances in a large-scale flexible solar array system

This paper is concerned with the effect of joint clearances in a large-scale flexible solar array system. The adopted solar array system is introduced and dynamics equation of the solar array system is presented by the Jourdain velocity variation principle firstly. Then detection of clearance contact and calculation of contact force are discussed. And finally the effect of joint clearances on the solar array system is studied in detail during the deployment process. Simulation results indicate that joint clearances will affect dynamic behaviors of the deployable mast, the container and the sub-panels in the solar array system. Furthermore, the presented method and simulation result have innovation and reference value for future researches.     

Dynamics of satellite with deployable rigid solar arrays

This research is concerned with the dynamic modeling of satellite with deployable solar arrays equipped with strain energy hinges (SEH). The SEH is a new deployment device consisting of a strip tape measure, which utilizes the buckling behavior of a thin curved shell to produce nonlinear dynamic characteristics during deployment of solar arrays. For dynamic simulation, the SEH is assumed to be a massless-nonlinear elastic member and the solar panels are assumed to be rigid bodies which are connected by the SEHs. The planar deployment is of interest in this study since the deployment of solar arrays mainly occurs in a two-dimensional plane. In deriving the equations of motion, we developed a new systematic approach suitable for the simulation of solar array deployment in space. The simulation results were compared to the ground experimental results obtained at the laboratory of Korea Aerospace Research Institute. In the ground experiments, the hub of the solar arrays was attached to the frictionless rotational bearing, and the solar arrays were hanged by bungee cables. Even though the dynamic model was derived for the space deployment of the solar arrays, the simulation result corresponding to the solar array deployment was similar to the ground experimental results thus validating the simulation model developed in this paper.     

航天器帆板展开过程动力学建模与仿真

阐述了应用柔性多体动力学和Kane方程进行航天器帆板展开过程建模的方法，将帆板视为柔性体并进行模态分析，采用有限元法与模态缩聚技术建立了帆板的离散化模型．以国产某型号航天器为例，同时考虑4块帆板的柔性，应用ADAMS软件对帆板的展开过程进行了建模与仿真，得到了帆板的变形、大范围运动等动力学参量，为航天器帆板的设计提供了一定的依据．     

柔性梁线接触碰撞的动力学建模和实验研究

研究作旋转运动的柔性梁的线接触正碰撞问题.基于Goldsmith的线接触撞击力模型,分别用基于小变形的混合坐标法和基于大变形的绝对坐标法建立了柔性梁的动力学方程,考虑了几何非线性效应.在此基础上,进一步考虑非线性阻尼项的影响,将Hunt,Crossley的阻尼模型推广到线接触问题.介绍了柔性梁线接触碰撞的实验方法.计算结果显示,在考虑阻尼的情况下,计算结果与实验结果吻合很好.比较了混合坐标法和绝对坐标法的撞击力计算结果,与实验结果对比表明,绝对坐标法更适用于大变形的撞击问题.     

主被动关节柔性树形机器人系统动力学建模与仿真

进一步完善空间算子代数理论体系,研究了带有主被动关节的树形柔性机器人系统符号动力学高效率建模的方法.利用拓扑结构和低序体阵列的方法描述了树型机器人系统.采用空间算子研究了欠驱动树型多体系统的描述方法.根据系统中铰的驱动情况分别对铰链定义为主动铰和被动铰,建立树形机器人系统的运动学,然后通过铰链的类型分别按照两次从系统的顶端到基座的顺序、一次从基座到顶端的顺序进行了系统铰接体惯量的递推、系统冗余力的递推、广义加速度和广义主动力的递推,最后将分叉处的广义力和广义加速度矢量相加得到树形机器人系统的广义动力学模型.通过上述递推过程建立动力学模型,实现了高效率O(N)(N为系统自由度)次的计算效率.最后以加拿大树形空间机械臂为例做仿真验证了本研究内容的正确性和高效性.     

Dynamic Analysis Tool for Legged Robots

The paper introduces a systematic approach for dealing with legged robot mechanism analysis. First, we briefly summarize basic mathematical tools for studying the dynamics of these multi-loop and parallel mechanisms using a unified spatial formulation which is useful for computer algorithms. The dynamic behavior analysis is based on two stages. The first one deals with establishing the equations of motion of the whole mechanism including legs tip impact effects and allowing us to solve the direct and inverse dynamic problems. The second concerns the feet–ground interaction aspect which is one of the major problem in the context of dynamic simulation for walking devices. We focus on the phenomenon of contact by introducing a general model for dynamic simulation of contacts between a walking robot and ground. This model considers a force distribution and uses an analytical form for each force depending only on the known state of the robot system. Finally, some simulation results of biped robot are given. The simulation includes all phenomena that may occur during the locomotion cycle: impact, transition from impact to contact, contact during support with static friction, transition from static to sliding friction and sliding friction.     

机械多体系统动力学可视化仿真方法研究

应用低序体阵列描述多体系统拓扑构型，采用AutoDesk公司的MechanicalDeskTop(MDT)建立三维几何模型，使用AVI数字视频压缩对多体系统的运动过程进行可视化处理，实现多体系统动力学可视化仿真，采用面向对象的程序设计方法，开发了集成化的软件系统MDAS。该系统可者多体系统动力学计算机、数据处理和多体系统可视化仿真，最后，以带有太阳帆板的复杂卫星系统为例，对MDAS软件的合理性，有效性和正确性进行了分析验证。     

Simulation of Deployment of a Flexible Solar Array

The deployment of a solar array is simulated three-dimensionally using the multibody program SIMPACK. The analyses are performed for 500 real-time seconds, which contain the three deployment phases, (I) jump-out, (II) steering phase and (III) deployed phase. The goal of the simulations is to check the influence of the flexibility of the solar array on the solar generator motions during these three phases against results obtained by a rigid body model simulation.The modelling of flexible bodies is based on the widely used method of floating frame of reference formulation applying global shape functions (Ritz method). The preparation of a proper set of shape functions to represent the flexibility of the yoke and the six solar panels is one of the main objectives of thispaper. For each of the components, eigenmodes and static modes forvarious boundary conditions are computed using the finite elementprogram NASTRAN.For a good convergence of the Ritz approximation with a smallnumber of shape functions, the shape functions are selected usingmodal participation factors, that are computed for various load casesprior to the time simulations. The load cases are obtained, for example,by a rigid body simulation of the deployment phases. The proposed methodof shape function selection using modal participation factors isdemonstrated by examples.