计及二阶效应的大位移柔性梁杆系统动力学分析

结合小变形条件下梁杆单元精确有限元方法和大位移随动坐标法,建立了计及二阶效应的大位移运动柔性梁单元的动力学方程.首先从小变形结构入手,建立考虑二阶效应的柔性梁压弯力学模型,推导出二阶理论条件下平面压弯梁的精确有限元方程,进而获取二阶理论条件下梁单元精确刚度阵.运用大位移随动坐标法建立大位移几何非线性弹性梁杆单元平衡方程,使用柔性多体动力学的相对描述方法推导大位移梁单元在局部坐标系下的动力学方程.通过结点位移、速度和加速度在随动坐标系与整体坐标系间的相互关系得到梁单元在整体坐标系下的包含二阶效应的动力学方程.对某型港口起重机臂架系统的变幅工况进行了计及二阶效应的弹性动力分析.     

作大范围运动柔性梁的一种碰撞动力学求解方法

研究作大范围运动柔性梁的碰撞动力学问题。针对梁碰撞前、碰撞过程、碰撞后三个阶段,分别建立各阶段的动力学方程。基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,建立梁无碰撞时的刚柔耦合动力学方程。结合冲量动量法和接触约束法提出一种碰撞动力学求解方法,先以冲量动量法实现运动转换得到协调的碰撞初始条件,再以接触约束法求解碰撞过程。导出系统的刚柔耦合碰撞动力学方程,给出了接触、分离判据,实现三个不同阶段的转换与动力学求解。编制仿真软件,对实例进行动力学仿真,得到系统不同阶段的动力学响应。研究表明,所提碰撞求解方法可以较方便地用于计算柔性多体系统的碰撞问题。梁的柔性、大范围运动及碰撞效应相互耦合,碰撞行为对于柔性多体系统碰撞过程和碰撞后的全局动力学性态均产生较大的影响。     

考虑变形耦合的受冲击柔性机械臂动力学建模

将刚-柔耦合体动力学的新建模理论应用于受冲击柔性机械臂的研究。将柔性机械臂简化为弹性梁,在梁的纵向变形中考虑了变形耦合量,计及了这种耦合对大范围运动的影响。利用Lagrange方程建立了机械臂的动力学方程。将受碰撞冲击后柔性机械臂的瞬态响应,作为求解动力学方程组的初始条件。针对刚体模型和柔性耦合模型进行了数值仿真计算,表明柔性耦合模型更加符合实际情况,为柔性机械臂的动力学分析与控制提供了依据。     

机械系统动力刚化机理分析

采用计及变形约束的非线性运动学分析方法及传统分析方法建立简单柔性机械臂线性化的动力学方程。笔者认为：运动的柔性机械构件春变形运动的耦合产生动力刚化，传统分析方法失去了刚体运动与弹性振耦合的动力刚化项；如果在建立运动学方程时，计及运动学的非线性项，至少要计及振动坐标的二阶小量，将非线性保留到适当阶段，再线性化，熊猫是到一致化性化的动力学方程，这种方法适合于机械系统件的小变形问题，对动力刚化的研究实际     

平面3-PRR并联机构刚柔耦合动力学研究

在并联机构的动力学研究领域中,传统的多体系统研究主要集中在多刚体领域,对于构件弹性变形对系统产生的影响多进行忽略,这种分析所得结果很难保证机构的运动精度要求。基于多体动力学理论,对可应用于微纳操作领域的3-PRR平面并联机构的刚柔耦合系统进行了研究,分析柔性从动杆对于机构刚体运动的刚柔耦合特性的影响,利用Euler-Bernoulli梁理论,采用假设模态法对机构支链上从动杆的柔性变形进行分析,并利用Lagrange乘子法推导出机构刚柔耦合系统的动力学方程。这种分析方法不但满足机构较高的精度要求,也满足工程中各种问题求解的要求。同时结合实例运用MATLAB仿真计算,直观真实地反映柔性从动杆与刚性构件的动力学特性,验证了所建模型的有效性。     

平面柔性连杆3-RRR并联机器人动力学建模

为了描述包含柔性连杆的平面柔性3-RRR并联机器人的运动学、动力学特性,需要建立机器人的弹性动力学模型.采用一种适用于刚体、柔体混合的复杂机械系统有限元建模方法,通过分析柔性连杆与刚性动平台的运动学耦舍关系,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,利用运动弹性动力学理论,建立了平面柔性3-RRR并联机器人的弹性动力学方程.避免了采用运动学、动力学约束方程的弊端,缩小了方程的规模,缩短了计算时间.用SAMCEF软件验证了模型的准确性.计算实例表明,该模型反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响.     

计及热效应的闭环柔性机械系统的动力学分析

基于柔性多体系统动力学理论对一个刚柔耦合的平面闭环机械系统的动力学特性进行分析。首先推导出不计热效应时的平面机械系统的第一类拉格朗日动力学方程,然后利用热应力理论得到柔性梁的应力-应变关系,进而对系统的动力学方程进行修正以得到计及热效应的系统动力学方程。数值仿真结果显示,当系统运行到奇异点位置附近时,各个动力学特性变量均出现明显的增大趋势;当温度发生变化时,各个构件的位移基本保持不变,但构件的速度、机械臂的轴向变形和轴向约束力则产生明显波动,从而揭示出热应力对系统动力学性态的影响。     

循环阵列组合可展结构单元机构的刚柔耦合动力学特性研究

以某卫星天线的可展单元机构为对象,采用非线性弹簧与阻尼模拟铰链间隙处的接触碰撞力学关系,并采用2阶插值基函数的线性组合描述杆的弯曲弹性变形,建立了单元机构的刚柔耦合动力学模型,研究运动副间隙及构件柔性对卫星天线可展单元机构的动力学特性的影响.分析结果表明,运动副处的间隙和构件的柔性都会导致碰撞力产生明显的局部波动,且刚柔耦合模型比刚性模型碰撞力的波动幅值增大了数倍.研究工作对可展机构的动态优化设计奠定了基础.     

弹性连杆机构动力分析的一种新方法

介绍了一种新的运动弹性动力学分析方法,从严格的柔性多体系统动力分析理论出发,建立了柔性单元及系统运动方程,并将方程表为与常规 KED(kineto-elastodynamic analysis)方法相近似的形式,以便利用 KED 方法对其求解,以曲柄连杆机构为例进行运动弹性动力分析,结果表明,这一方法求解方便,且具有与多柔体系统动力学方法相近的精度.     

带伸展柔性附件航天器系统动力响应的精细积分算法

带伸展柔性附件航天器的动力学方程是刚 -柔耦合的时变非线性动力学方程 ,用传统方法求解其动力学响应时会遇到很大的困难。精细积分法在求解刚性方程和常系数线性方程时显示出很大的优越性 ,这为柔性体系动力学方程的求解提供了新的工具。本文将精细积分法加以改进 ,并将之应用于刚 -柔耦合系统动力学方程 ,采用带伸展柔性附件航天器系统动力学模型 ,研究结构的动态特征变化规律 ,得出了一些有意义的结论     

考虑摩擦和柔性的机构运动参数模糊动态可靠性分析

因摩擦和柔性的影响,柔性机构运动参数为高度非线性,极限状态方程具有模糊性。为了进行动态可靠性分析,提出了柔性机构模糊响应的动态可靠性分析方法。在多柔体系统动力学分析的基础上,利用人工神经网络方法计算柔性机构模糊随机动态响应的分布特性。根据可靠性要求,计算出模糊动态可靠度。结合空间站柔性展开机构实例进行分析和计算,取得了很好的结果,为柔性机构可靠性分析提供了一种新方法。     

柔性钢丝绳的门式起重机的运动特性

主要研究钢丝绳为柔性时门式起重机的运动特性,利用拉格朗日方程,建立了门式起重机刚柔耦合系统的动力学模型,并利用有限元法对起重机动力学模型数学式进行求解.通过MATLAB提供的Simulink仿真工具箱,对起重机所建的模型在不同工况下进行仿真分析,与钢丝绳为刚性模型在相同工况下的仿真结果进行了比较.对仿真结果分析得出了钢丝绳的柔性特性对起重机转载小车定位和吊重摆动的影响;根据仿真结果分析的结论,给门式起重机定义了2个参数,并定性地分析了2个参数对起重机运动特性的影响.     

混凝土泵车柔性臂架建模及逆动力学研究

根据机器人理论和拉格朗日方程建立了混凝土泵车柔性臂架的动力学方程,并在完整考虑柔性坐标的基础上进行了逆动力学问题的求解.利用所得的数学模型进行了计算机仿真,给出了完成同一末端轨迹目标时刚性模型和柔性模型所需要的驱动力.仿真结果表明建立柔性壁架模型是必要的,并为混凝土泵车机器人化和自动浇注奠定了基础.     

计及环境特征的柔性多体系统动力学理论

对柔性体非线性变形场进行了描述,将柔性体变形场表达为直至变形广义坐标的二阶小量的形式,基于Kane方程建立了任意形状柔性体动力学方程。采用Huston的低序体阵列描述多体系统的拓扑结构,以此为基础进行系统的动力学分析,同时依据Kane方程建立了一般柔性多体系统的动力学方程。在建立一般柔性多体系统动力学方程的基础上,研究了计及环境特征的柔性多体系统,将环境特征作为外部约束引入柔性多体系统,建立了带有约束的一般柔性多体系统动力学方程。     

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。     

混联虚拟轴研抛机床的多柔体动力学研究

为了在自由曲面的弹性研抛中 ,获得稳定的动力学特性和加工效果 ,开发了一种由“3轴并联 + 2轴串联”构成的新型 5自由度混联虚拟轴研抛机床。采用柔性多体系统动力学方法 ,建立了基于Lagrange方程的空间刚 柔耦合动力学模型 ;考虑研抛机床整体的刚性运动与各支链弹性变形间的相互作用及耦合 ,将机床的各个支链和平台看作独立子结构 ,建立各自的动力学方程 ,根据子结构之间的约束关系建立了系统约束动力学方程 ;通过动力学仿真分析 ,获得了较稳定的动力学特性     

基于刚柔耦合的导轨滑块移动副建模

以导轨滑块机构为例,讲述了其刚柔耦合仿真的具体实现方法.首先在SolidWorks中建立导轨滑块三维模型,然后在ANSYS中生成导轨柔性体的模态中性文件,通过软件接口导入到ADAMS中,从而得到所需的柔性体,将滑块设为刚体,生成柔性多体动力学模型,为精确进行动力学仿真和实际物理样机的制造提供了基础.     

混凝土泵车臂架柔性多体动力学建模与仿真

用柔性多体动力学的理论分析四节臂混凝土泵车臂架系统的动态特性。把泵车的臂架模拟成柔性机器臂,采用拉格朗日方程和虚功原理建立混凝土泵车臂架系统的柔性多体动力学方程,通过对泵车臂架运动微分方程的推导和数值求解,对泵车各臂杆的运动情况进行分析。结合动力学仿真分析软件,分别建立四节臂混凝土泵车臂架的刚性模型和柔性模型,给定相同的驱动力矩对两种不同情况下的运动模型进行分析。仿真得出两种模型的变形曲线和第四节臂杆的角速度曲线,对比仿真结果表明,在研究轻质长臂杆混凝土泵车的臂架系统时,考虑各个臂杆柔性变形的影响是非常必要的,同时,研究成果也为混凝土泵车浇注自动化的研究提供了数学模型。     

部件柔性对含间隙多体系统动力特性的影响

构建了含有混合间隙的刚柔耦合多体系统动力学模型,研究了部件柔性对多体系统动力特性的影响。首先,建立了混合间隙碰撞力模型;然后,以曲柄滑块为研究对象,采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别建立了刚性构件和柔性构件的动力学模型,通过时域和频域分析了连杆柔性对动力特性的影响。结果表明,柔性构件对间隙碰撞力有一定的缓冲作用,能缓冲碰撞的高频振动,而且柔性部件随着弹性模量的减小对高频响应的缓冲效果更加明显。