含摩擦滑移铰多体系统动力学的LCP建模及数值方法

给出了含摩擦滑移铰多刚体系统动力学的LCP建模及数值方法。建模方面提出了基于约束分解的方法,以一对单边约束取代含摩擦滑移铰的双边约束,以加速度-力的互补条件表示含摩擦滑移铰的法向几何约束及切向上的摩擦力约束,使得系统动力学方程中不含有Lagrange乘子的绝对值项。数值计算方面采用基于LCP的事件驱动算法,给出了滑移铰触-离转换以及滞-滑转换的检测方法,通过定义一个变维数矩阵,使得LCP公式形式简洁、表达准确且易于编程实现。通过具体算例对以上建模与数值方法进行说明与验证。     

硬粒子对聚合物材料表面的冲击摩擦研究

冲击摩擦为接触面切向与法向冲量之比。用聚合物材料试件与弹簧钢片组成振动测试系统 ,硬粒子以一定入射角冲击试件水平面引起系统振动 ,接触冲量通过振幅反映出来 ,记录初始振幅值而计算出一个冲击过程的冲击摩擦因数。结果表明 ,当入射角α在 2 5°-60°变化时 ,冲击摩擦因数f从 0 .5降至 0 .2左右。文章同时分析讨论了摩擦对聚合物表面接触强度的影响。     

具有非线性不对称支承的弹性梁系统的冲击响应

研究具有多个非线性、不对称支承和阻尼器约束下的弹性梁系统的冲击动力学响应,利用分段线性化方法近似模拟弹性约束的非线性刚度和阻尼特性,根据Hamilton原理和假设振型方法建立系统的运动方程,应用动量平衡方法描述冲击过程中的瞬态作用力与广义速度增量的关系,分别以横向冲击和突变荷载为例,数值模拟了系统的冲击瞬态响应,分析了支承约束的非线性特性对系统动力学响应的影响。     

考虑法向载荷变化的微滑摩擦系统振动分析

工程结构中,常采用干摩擦阻尼器来降低系统的动力响应幅值。振动环境中,连接界面间存在着复杂的接触和摩擦行为,这些行为具有跨尺度、迟滞非线性和切法向耦合等特点。建立了一种能同时考虑法向载荷变化和切向微滑摩擦行为的接触力学模型,推导了模型恢复力和相对位移间关系的表达式,利用不同模型间的比较验证了模型的有效性。将该模型应用于简化的摩擦阻尼器系统,求解了简谐激励下系统的迟滞回线、单位周期的能量耗散和频率响应曲线,并对不同模型的特性进行了比较分析。结果表明:是否考虑法向载荷变化对系统动力学响应预测有很大影响;考虑法向载荷变化的微滑摩擦模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为。     

轮轨摩擦碰撞及脱轨的研究

研究了轮轨的三维摩擦碰撞问题,建立了碰撞动力学模型,导出了碰撞过程轮轨接触点切向运动的解析式和车轮跳起高度的表达式,推导了轨轨二维摩擦碰撞脱轨的判别准则,最后,对轨轨碰撞脱轨进行了实例计算,分析了轮对的横向冲击速度、摇头角、轮缘角、轮轨摩擦系数和垂向力等对脱轨的影响。     

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     

梁结构振动支承约束反力控制

支承或连接构件对梁结构的动力学性能有至关重要影响,必须保证其在振动过程中不发生破坏或者失效。通过合理设计和布局附加弹性支承可以实现对这些重要连接构件所承受约束反力的控制。应用微分变换法推导含附加支承的梁结构支承约束反力及其对于附加支承位置和刚度的灵敏度表达式,并通过优化设计附加支承位置和刚度实现具有弹性约束端的简支梁结构各支承约束反力的平衡,可提高结构的动力学性能。     

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。     

库伦摩擦对二元翼面气动弹性特性的影响

通过数值方法和谐波平衡法研究库伦摩擦对翼面气动弹性特性的影响。分析带有摩擦的气动弹性系统中初始条件敏感性,以此说明常规动力学方程中阻尼与库伦摩擦的区别,并通过能量表达式阐述造成两者差异的原因。结果显示,气动弹性系统中引入库伦摩擦可以提高系统的颤振速度,但颤振速度的变化与初始条件有关。表面上,增加阻尼或引入库伦摩擦都可以提高颤振速度和减小俯仰振幅。但对于只有阻尼的线性系统,初始条件的变化没有改变系统的能量平衡,而库伦摩擦的引入则改变系统的能量平衡关系,使得系统颤振速度和颤振频率与初始条件相关。     

基于接触分析的转定子系统整周碰摩故障模拟

以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型,基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点-点接触单元,通过转定子间的圆形间隙变化来模拟转定子的分离及整周接触,并通过碰摩力耦合转定子模型,采用增广的拉格朗日方法处理接触约束条件,用库仑摩擦模型模拟转定子之间摩擦,考虑不同转速、转定子间隙、转定子法向接触刚度、阻尼和摩擦系数对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明:转速和转定子法向接触刚度对系统响应影响最大,转定子法向接触阻尼和摩擦系数次之,转定子间隙影响最小。