多点摩擦接触问题的离散动力学模型及数值求解

针对含有多点摩擦和接触的多刚体系统,建立了以互补方程形式表示的系统动力学模型。基于固定时间步长离散化方法,将动力学模型进行离散化处理,得到了描述摩擦接触问题的离散混合非线性互补模型,以方便计算机仿真应用。利用多刚体系统约束简化方法及库仑摩擦近似方法对混合非线性互补互补模型进行了简化,将该模型转化为标准的线性互补模型进行求解,解决了混合非线性互补模型无法求解的问题。最后通过一个算例验证了多点摩擦接触离散动力学模型及数值求解方法的有效性。     

偏心激励多刚体振动系统的Lagrange方程建模

对于一类偏心激励多刚体振动系统的Lagrange方法建模进行详细分析.偏心块的转动与刚体的振动相耦合将产生许多复杂的非线性项,偏心激励的位置也是一个重要的参数.刚体运动包括质心的平动和绕质心的转动,因而多刚体系统中不仅包括刚体之间的自由度耦合,而且包括刚体本身自由度之间的耦合.数值计算的结果表明,各个非线性项的影响很小,可以所建立的非线性动力学方程进行线性化.因此,对该类系统应用Lagrange方法建模时,可应用坐标变换的方法,利用数学软件推导,然后再线性化,得到系统的多自由度动力学方程.     

基于齿轮振动和非线性接触的动态响应理论建模

针对常见的齿轮传动系统动态响应特性分析模型往往忽略了单齿本征振动及齿间非线性接触的问题,文中建立了一个充分考虑单齿本征振动及齿间非线性接触的简化动态响应分析模型.建模过程中,首先基于接触特性》接触位置》惯性特性》啮合刚度和阻尼的理论计算分析,分别建立了全要素计算模型a和简化计算模型b;然后创新性的分别针对多齿传动系统A与少齿传动系统B,运用基于理论计算二次开发的Matlab和Simulink代码,并根据a和b分别进行了线性和非线性分析;最后得到6种典型的动态响应类型及其振动特性的示意图,并进行分布分析.分析结果表明:在低齿数》中低转速或高负载时,齿的本征振动对传动系统的动态响应影响不可忽略.齿的本征振动引起了非线性接触损耗和混沌运动,对齿轮传动系统的动态响应建模尤为重要.通过对a和b的响应分布和有限元分析结果进行对比,间接证明了b的正确性,同时在计算中证明b在保证分析精度的基础上,使分析效率提高了6.8％,即计算成本下降6.8％.     

Delta并联机械手刚体动力学模型简化方法

基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型,并对机械手动力学模型的各组成部分(惯性力矩项、惯性力项和重力项)进行了分类;在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上,提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略;以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标,提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标,从而确定组合分配系数;基于以上刚体动力学简化方法,从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发,结合机械手典型运动轨迹,采用多因素分析方法,通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响,结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。     

加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型简化研究

为解决刚体动力学模型的复杂性与控制系统的实时性之间的矛盾,对加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究。首先采用Newton-Euler法建立了并联机床的刚体动力学模型,将模型分解为18项,并通过仿真分析了并联机床的刚体动力学特性。在此基础上,提出和检验了刚体动力学模型的简化策略。检验结果表明,提出的简化策略具有计算效率高、简化误差小的特点,为并联机床的精确实时控制奠定了基础。     

有限元法计算大吨位伸缩臂起重机起重性能

起重性能是起重机综合起重能力的体现,准确并快速地计算起重性能对起重机的设计至关重要.将大吨位伸缩臂起重机臂架系统简化为梁,建立了简化模型,分析外载荷,采用几何非线性有限元理论计算某一工况下单元的变形和节点力,由复合应力与许用应力的关系求出额定起重量.通过算例将非线性有限元理论计算出的结果、线性理论计算的结果、样机试验实测出的结果做对比,验证了简化的合理性和此种方法在起重机起重性能计算上应用的可靠性.     

起重机伸缩臂计算方法对变形量影响分析

针对某型号伸缩臂起重机臂架系统,利用Ansys软件的APDL语言,根据刚性、几何线性梁和几何非线性梁理论,抽象出3种不同的简化模型,并通过比例法迭代计算不同伸缩臂模型下的最大起重量,进而讨论其对起重机变形量的影响。对Ansys计算结果进行处理比较,得出3种不同方法对变形的影响。算例结果表明臂长较长时,臂架变形非线性因素影响比较大。该方法为同类型伸缩臂架系统力学模型的简化提供借鉴,同时为更准确的计算起重性能提供参考。     

管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析

管内可控万向铰接柔性细长结构是超短半径侧钻水平井的特有结构。考虑可控万向铰结构中的机构问题、结构不连续和开槽不完整结构的三体两层接触问题，将空间梁单元、万向铰单元、刚性梁单元和梁梁接触单元相结合，建立了管内可控万向铰接柔性结构双重接触非线性有限元模型及数值计算方法。与有解析解的算例进行比对，计算结果吻合较好。通过对超短半径水平井造斜钻进时的柔性钻具进行力学分析，得到了柔性钻具受力变形状态、载荷传递规律及其与井壁之间的接触力分布规律。     

弹性接触问题有限元分析的一个新方法

小变形弹性接触问题属于边界条件几何非线性问题弹性接触问题的非线性,是由于接触点的接触条件引起的。本文提出的有限元混合法适于求解此类局部非线性问题。该方法是利用弹性体的刚度矩阵求出接触边界的接触内力的影响系数矩阵,再由接触边界的连续性条件求解接触内力,从而把非线性问题转化到局部求解。计算表明：对求解此类复杂非线性问题,该方法在计算速度和机器存贮上仅比求解一般线性问题的花费略有增加甚至相当。     

转动刚体上柔性悬臂梁的动力学建模与仿真

对固结在转动刚体上柔性梁的动力学问题进行了研究。采用拉格朗日方程建立了 2种不同情形的转动刚体上柔性悬臂梁系统的动力学方程。引入了由离心力作用使柔性梁沿轴向产生变形而引起的拉伸势能所带来的广义力项,使系统产生了动力刚化效应。针对第二种情形,对不同惯量比时的系统耦合与非耦合方程进行了仿真,并通过仿真计算比较说明非耦合方程的局限性。     

考虑层间摩擦的多层波纹管轴向刚度非线性有限元分析

利用ANSYS程序接触有限元方法对4层U型波纹管轴向刚度的线性和非线性特性进行了研究。首先建立了轴对称弹性单元（solid element）与接触单元组合的有限元模型，然后计算得到了该多层波纹管的刚度特性，尤其是在压缩时的非线性刚度，并且讨论了不同层间接触摩擦状态的影响，分析说明了多层间接触摩擦使波纹管轴向刚度具有非线性特征的机理。     

齿侧间隙对齿轮机构响应频率的影响研究

为模拟工程应用中齿侧间隙对齿轮机构响应频率的影响,建立了含齿侧间隙的单级齿轮机构多刚体模型,探讨了轮齿弹性接触碰撞力模型的参数辨识方法.对该机构进行动力学计算,比较了不考虑齿轮副间隙的线性机构和考虑齿轮副间隙非线性机构的响应频率,定量地给出了齿侧间隙大小与该机构响应频率的对应关系.计算结果表明,齿侧间隙的存在会降低机构...     

梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计非线性振动特性

硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计进行了仿真与实验分析。首先对加速度计结构使用COMSOL仿真软件进行了非线性仿真分析,该方法通过在谐振梁的振动方向上施加一个静力,得到力与位移之间的关系,计算出非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值约为2.13×10^10 m^-2。然后,对双端固支音叉(DETF)进行扫频测试,得出DETF的非线性振动频响曲线。根据Duffing方程对实验数据进行拟合,得出器件两个DETF的非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值分别为2.24×10^10 m^-2和2.19×10^10 m^-2。仿真值与测试值的误差分别为5.2%和2.8%。实验结果与仿真值吻合得较好,印证了仿真方法的有效性和测试数据的可靠性。最后,对所设计的谐振加速度计进行非线性分析,当振幅小于35.4 nm时,DETF工作在线性区,可为后续谐振式加计的控制电路设计提供参考。     

基于螺钉连接接触问题有限元分析的探讨

螺钉连接是典型的机械连接方式，连接面的接触问题是机械连接最常面临的问题。由于接触面的应力状态很难测定，属于接触非线性问题。本文利用有限元软件建立了两块螺钉连接的板结构有限元模型。基于所建立的有限元模型，本文运用Partran2003进行线性分析和ABAQUS6.4进行非线性分析，计算两块螺钉连接板的受重力变形情况。计算结果表明，用非线性方法分析得到的结果更合理．准确。提出对典型连接的接触问题，用非线性有限元分析的方法。     

摩擦力对工件夹紧误差的影响

夹具依靠与工件的接触来约束工件 ,必须考虑二者之间的摩擦力。摩擦力的非线性是分析中的难点 ,为了解决这个问题 ,本文提出了一个迭代算法 ,该算法充分考虑摩擦力的非线性 ,可用于复杂工件的分析。使用该方法计算了在夹紧力作用下由于夹具元件的变形造成的工件刚体位移。     

基于接触特征的车—人碰撞事故模型构建与分析

接触损伤和接触变形是交通事故遗留的重要信息,车—人碰撞事故数值再现通常采用标准体形的假人模型和基于椭球体简化的刚体汽车模型,导致车、人接触位置数值仿真结果与真实事故场景存在较大差异,同时,当车速较高时汽车与行人接触部位容易产生过度穿透等问题。以缩放技术为基础,提出基于事故中受害人6大部位体形特征的假人数值模型定制方法。通过材料等效刚度曲线对车身接触部位进行定义,模拟车、人真实接触状态。通过行人与车身等效接触模型的建立,可以提高仿真计算精度,实现计算精度和计算效率的平衡。将上述方法在一起典型的车—人碰撞事故案例中进行应用,仿真结果表明,所得到的事故再现结果精度高、可靠性好,能够满足车辆变形状态下车—人碰撞交通事故过程再现的要求,为交通事故数值再现中的接触问题研究提供了新的思路。     

考虑几何非线性的风力机叶片气弹模型

针对大型轻型柔性叶片存在的几何非线性变形情况,基于几何精确梁理论建立了非线性叶片梁单元,考虑了叶片预弯预扭、各向异性、变形耦合以及截面偏心的特点。对非线性结构方程的数值求解方法进行了探讨。结合动量叶素理论建立了可用于分析叶片大变形动态响应问题的几何非线性气弹模型。通过两个算例验证了结构模型的正确性。以NREL 5MW风力机叶片为研究对象,分析了叶片静态变形、固有频率、以及在阵风、偏航错误条件下的动态响应,并与FAST计算结果进行了对比,结果表明,在静态变形范围内几何非线性气弹模型与FAST非常好的吻合,进一步验证了该模型计算正确性。通过降低叶片截面弯曲刚度,发现在叶片大变形时,几何非线性气弹模型可以获得更准确的结果。     

螺旋锥齿轮啮合轮齿应力场分析

采用有限元混合法推导了求解复杂空间啮合轮齿应力场分析的有关公式,证明了在只有转动刚体位移的空间接触问题模型中刚体位移影响矩阵[F_u]和整体平衡矩阵[Q]互为转置;提出了多轮齿对同时接触时的计算方法,大大减少了分析计算量;建立了轮齿应力与齿面几何学及载荷之间的直接联系;最后将一对准双曲面齿轮副的计算结果与相关的实验结果进行了对比,两者是吻合的。本文的研究成果虽是针对螺旋锥齿轮而得到的,但它同样是分析其它复杂空间啮合齿轮副强度特性的非常有用的新方法。     

一种调整悬臂剪切梁传感器误差的方法

本文从电阻应变式悬臂剪切梁传感器结构对非线性误差进行分析,采用有限元方法计算贴片孔位置对传感器的非线性误差影响,再通过试验对计算结果进行验证。结果表明悬臂剪切梁的承载孔位置对传感器的非线性误差影响可通过有限元方法定量计算。设计应用悬臂剪切梁式传感器时,对非线性误差应与传感器的其他误差综合考虑能有效提高传感器的精度。     

材料非线性对混合陶瓷球轴承有限元分析的影响

重点研究了材料非线性行为在有限元法分析混合陶瓷球轴承接触问题中的影响。首先对混合陶瓷轴承中的轴承钢GCr15进行了材料单轴拉伸试验，以确定其材料性能参数，再通过对几种接触模型的材料线性和材料非线性有限元分析、试验研究和赫兹接触理论计算，将这些结果比较分析，得到材料非线性对有限元接触分析在不同情况下的影响，从而对材料非线性行为在有限元接触分析中的应用做出评估。