基于组合时间积分算法的碰撞问题振荡现象修正

该文提出了一种能够有效改善碰撞问题振荡现象的修正方法。基于有限元方法，采用Lagrange乘子法施加接触约束条件，并与一种无条件稳定的隐式组合时间积分算法相结合对无摩擦动接触问题进行求解。通过引入附加Lagrange乘子对组合时间积分算法得到的速度和加速度进行修正，使其能够满足速度和加速度形式的接触约束的一致性条件。数值算例结果表明：该文提出的修正方法能够有效地改善碰撞问题中初始接触时速度、接触力等的振荡现象，进一步提高了碰撞问题的求解精度。     

完整约束多刚体系统的碰撞问题

碰撞问题是多刚体系统中一个重要的研究领域,在航天飞行器和机器人设计方面经常遇到,本文在等时弹性碰撞(即同时开始碰撞,同时达到最大变形,同时结束碰撞)条件下,通过对受完整约束有根树状多刚体系统、悬空树状多刚体系统、非树悬空多刚体系统的研究,给出了其碰撞动力方程.并给出了实例.     

多刚体系统的内碰撞动力学方程

本文讨论了多刚体系统内部相互碰撞的动力学问题 ,给出了碰撞冲量和广义速度度增量已经解耦的 ,且适用于计算机求解的内碰撞动力学模型     

汽车-自行车碰撞事故三维仿真再现研究

针对一起实际的汽车与自行车碰撞事故，运用多刚体动力学方法建立事故小客车与自行车及骑车人碰撞的三维多刚体动力学仿真模型，利用MADYMO对事故碰撞过程进行了直观的三维仿真再现，分析研究它们在碰撞后的动力学行为特性，计算得出碰撞时刻小客车车速为正确鉴定事故提供了科学的参考依据。仿真再现结果与实际事故情况能较好吻合，初步验证了仿真方法和模型的可行性。     

平面刚体的碰撞方程

现用理论力学教材中关于平面刚体的碰撞只考虑切向冲量^→Si和法向冲量^→Sn。然而实际上接触处为一个面且存在冲量矩。本介绍一种考虑冲量矩的平面形体的碰撞方程．它在原有忽略常力冲量，不计位移的合理假设下，再行忽略角向变化，而计入冲量矩M，将切向冲量^→Si和法向冲量^→Sn的比值定义为等价摩擦系数。根据法向恢复系数e的定义和判定，类推出冲量矩恢复系数e′．中给出的一套平面刚体的碰撞方程，可对两平面刚体碰撞后的切向，法向速度和角速度共六个未知量进行解析求解．     

桥梁结构地震碰撞分析模型的碰撞刚度计算方法研究

针对桥梁结构地震碰撞模拟问题,文中分别推导了基于波动理论的直杆共轴碰撞模型和基于接触单元法的刚体碰撞模型中相应的最大碰撞变形的计算式,并基于二者相等的关系给出了Kelvin模型和Hertz-damp模型中相应碰撞刚度的计算方法,并对所建议方法的合理性和精确度进行了验证分析。研究结果表明,文中建立方法计算的Kelvin模型的碰撞刚度数值明显小于较短主梁的轴向刚度,这一点与以前学者基于实测数据分析得到的结论相一致。数值分析结果表明,相比以前的碰撞刚度计算方法,采用本文建议的方法确定Hertz-damp模型的碰撞刚度时,可以显著提升其碰撞模拟精确度。     

地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析

针对桥梁结构在地震作用下梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了横向地震作用下梁体与挡块间的碰撞效应。通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建立了能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞模型,并对碰撞刚度、初始间隙、恢复系数以及桥梁跨径等参数进行了影响分析。分析结果表明:最大撞击力随碰撞刚度和桥梁跨径的增大而增大,但随初始间隙的变化规律不明显;恢复系数对碰撞效应影响很大,忽略碰撞过程中的能量损失会高估碰撞反应。为减轻梁体与横向挡块间的碰撞效应,提出了挡块刚度的合理取值。     

动态织物仿真与碰撞响应算法

针对织物动态仿真粒子系模型做了深入的研究。为了解决织物仿真中的非线性碰撞约束问题，笔者提出了新的碰撞检测及相应的碰撞反应算法。该算法不仅在直观上有很好的物理解释，而且简单易行，计算量小，可以适用于实时模拟，对于很多复杂的碰撞情况具有处理上的统一。另外，笔者提出用显式积分方法来求解模型建立起来的微分方程，该方法的优点是不需解线性方程组，处理碰撞问题时，可以直接求出非常精确的碰撞时刻，从而达到了提高计算效率的目的。     

杆的纵向冲击问题全过程分析

本文采用模态分析方法，分析了任意支承条件下杆的冲击动力响应。碰撞体和靶体从开始接触到开始分离前，把它们看成一个振动体系。根据碰撞体与靶体的接触区的内力由压力变成张力的时间确定撞击体与靶体分离的时间，采用分离变量法，分别推导了碰撞体与靶体分离前和分离后杆的冲击动力响应的解析式，并进行了若干算例的分析。     

含摩擦碰撞柔性机械臂动力学研究

本文研究了由柔性杆、柔性铰构成的机械臂的斜碰撞动力学问题。首先,采用高次刚柔耦合理论通过Lagrange方程得到系统的递推动力学模型。然后,引入碰撞力势能,运用连续法建模获得碰撞力所对应的广义力,得到系统的碰撞动力学方程。采用Hertz接触模型和Coulomb摩擦光滑修正模型分别建立法向和切向碰撞模型,提出碰撞/分离切换准则。通过光滑化处理摩擦接触,提高了大型复杂柔性多体系统含摩擦碰撞全局动力学的计算效率。最后对国际空间站机械臂Canadarm2的简化模型斜碰撞过程进行仿真,验证了所提模型和算法的有效性。     

机车车轮超非线性临界速度跳轨机理分析

基于高速车辆在直线轨道上蛇行运动的稳定性曲线，考虑到轨道方向不平顺、非线性轮轨接触单元的影响，运用多刚体动力学软件求得了车辆系统的非线性临界速度，并获取了单轮对跳轨时的横向速度。借助非线性有限元软件LS-DYNA研究了整个碰撞跳轨过程，讨论了参数变化对跳轨产生的影响。轮轨碰撞跳轨的模拟分析有助于进一步探求高速动态脱轨机理。     

轮轨横向碰撞引起的脱轨研究

建立了车轮和钢轨的三维摩擦碰撞方程,根据刚体碰撞力学理论推导出碰撞后车轮的瞬时速度,讨论了摩擦碰撞过程中切向状态的变化。根据运动学关系和能量守恒定律推导出车轮横向碰撞钢轨的跳轨脱轨判别准则,包括车轮的横向碰撞临界速度和以车轮横向力峰值、轮重和碰撞时间确定的判别公式。参数分析表明：增大轮缘角、摩擦系数和轮缘有效高度均能够提高跳轨脱轨限值;轮缘角越大出现粘滞状态的临界摩擦系数越小;车轮接触点纵向相对速度减弱了阻碍车轮跳轨的切向摩擦阻力,加大了脱轨的危险性。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

多层隔振系统的动力学模型

在微振动的前提下，从推导空间刚体的动能及隔振器的势能及耗散能着手，利用拉格朗日方程建立了考虑隔振器上下安装点位置的多层隔振系统的动力学方程组。在推导中使用平移变换矩阵T和旋转变换矩阵R以及用TR矩阵的形式描述了多层隔振系统的动能表达式、势能表达式及耗散能表达式。中给出了一个浮筏隔振系统模型的算例，计算结果表明，所推导的多层隔振系统的动力学模型有良好的计算精度，能满足高质量工程设计的要求。     

结构碰撞分析中的动态显式有限元方法及应用

针对结构碰撞问题具有的大位移、大转动、大变形、大应变特性，论述了求解这类问题的动态显式有限元方法与传统有限元方法不同的几个关键环节，即增量运动方程的表述形式、材料的本构关系、应变率效应、单元理论、接触处理及积分格式等。随后，给出了动态显式有限元方法在汽车前部纵向吸能梁、轮船前部棱锥结构及磨床砂轮破裂后防护罩变形过程等结构碰撞分析中的 ３ 个应用实例。最后，指出了今后在研究中值得注意的几个问题     

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。     

变截面梁多次碰撞响应的动态子结构方法

该文考虑多次碰撞过程和多次分离过程,考虑阻尼对变截面梁运动的影响,将动态子结构方法推广应用于变截面梁的多次碰撞响应问题,导出了模态坐标表示的变截面梁-弹簧碰撞系统动力学方程。采用Newmark隐式积分方法进行求解,研究了开启-关闭过程中簧片阀与升程限制器和阀座的多次碰撞现象,碰撞动力学响应,以及阀片厚度及中空部分尺寸对阀片开启和关闭动作的影响。数值收敛性结果和与三维动力有限元方法的对比分析结果表明,该动态子结构方法可合理、有效地分析变截面梁的多次碰撞响应问题,适用于研究时间跨度较长的变截面梁多次碰撞问题,以及阀门结构的优化设计计算。     

考虑侧壁影响的偏心单刚体地震响应分析

地震时建筑内高大器物，如柜体、冰箱等，刚体的晃动、倾倒会导致一定的人员伤亡和经济损失。建筑中多数器物放置在靠近墙体的部位。而已有关于刚体地震响应分析的文献未考虑碰壁的影响。地震过程中，碰壁会改变刚体运动模式，增加刚体的倒塌概率，故考虑碰壁的影响对于模拟刚体的地震响应显得尤为重要。为此，首先利用Lagrange定理建立刚体运动方程；并采用Rosenbrock积分方法建立了刚体摇摆运动响应分析方法；进而提出了“子步-两步法”,以精确地模拟碰地和碰壁两种运动状态变换；最后通过与振动台试验结果对比分析，验证了刚体摇摆运动响应分析方法的可靠性。     

多柔体系统动力学碰撞研究中的若干基本问题

本文针对多柔体系统动力碰撞研究中的几个基本问题进行了全面的分析和评述,包括多柔体系统动力学方程的描述,碰撞模型的简化和处理,铰接间隙引起的碰撞问题,数值算法,实验研究,控制等几个方面,并根据目前的发现现状和研究中的存在的问题,指出了今后多柔体系统动力学碰撞研究中的发展方向。     

桥梁结构地震反应邻梁碰撞分析等效刚体模型

在基于直杆共轴碰撞理论建立的桥梁地震反应邻梁碰撞分析模型基础上,结合动量守恒定律和能量守恒定律,给出了与之等效的刚体碰撞模型,所定义的等效恢复系数r由邻梁长度比12/ll和碰撞弹簧刚度比a唯一决定。一座实际桥梁地震反应邻梁碰撞效应分析表明,等效刚体碰撞模型可以得到与弹性杆碰撞模型几乎一致的结果。