虚拟装配环境下运动副自动识别方法

为有效地减少在装配仿真完成后进行机构运动仿真的前处理工作量,提高机构运动仿真的智能化程度,提出了一种在虚拟装配环境下面向运动仿真的机构运动副自动识别方法。通过提取虚拟装配环境下零部件间的装配约束信息,计算两个相连接零部件间所有约束的约束度,并利用计算所得的约束度自动映射出运动仿真机构中相应的运动副,为机构运动仿真中建立机构信息模型提供了基础信息。结合自主研发的原型系统虚拟装配工艺规划软件,给出了基于虚拟装配系统实现运动仿真的底层数据结构、机构模型的数据结构、信息传递过程和算法实现流程,并通过具体实例验证了方法的有效性。     

面向虚拟环境的CAD装配模型向运动模型的转换

探讨了在虚拟环境中进行复杂机械产品运动分析时CAD装配模型向机构模型转化的信息识别。首先在总结CAD装配系统提供的各种装配约束类型与其相对应的运动几何元素基础上,给出了平移和旋转自由度的归约规则,根据简单运动副约束与运动自由度及运动几何元素的映射关系,实现从零部件装配信息到运动分析用的构件和简单运动副信息的转换。     

基于模板的机构模型构建技术研究

机构模型构建是从CAD装配几何模型到运动学分析模型及多体动力学模型转换的关键技术。建立了机构模型生成的模板,构造产品的装配结构树,建立装配结构图;通过紧固联接件的归并,建立联接件归并图;通过运动约束的识别,实现运动副的添加,从而构建出机构模型。模板适合于大多数常见机构模型的生成,并在发动机汽缸活塞机构模型的构建过程中得到了具体的应用。     

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。     

基于模型预测控制的阵风减缓技术研究

针对传统控制方法在系统存在约束时性能下降的问题,采用了基于模型预测控制的阵风减缓方法。模型预测控制采用在线滚动优化策略,相比传统控制方法,能够应对由于约束和干扰等导致的系统性能恶化。系统以某大型飞机为例,对飞机进行了考虑阵风效应的动力学方程建模。分别采用模型预测和线性二次高斯控制方法设计阵风减缓控制系统,仿真结果表明,模型预测控制在无约束时性能与传统线性二次高斯控制基本一致;而当系统存在约束时,模型预测控制相比线性二次高斯控制器具有更优的性能。     

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。     

一种过约束并联机构受力的数值仿真分析方法

鉴于目前对过约束并联机构进行受力仿真分析的研究非常少,提出了一种对该类机构受力的数值仿真分析方法。将机构的动平台、定平台及所有运动副视作刚体,将易产生空间复合弹性变形的分支杆视为柔性体,用虚拟关节代替外形复杂的运动副模型,结合三维建模软件、ANSYS软件及ADAMS软件建立与理论模型完全一致的刚柔混合模型;仅改变驱动量使机构运动到指定位形,便能实现对机构在任意位形下的受力分析,避免了对机构的不同位形重建模型。采用该方法对三种类型的过约束并联机构进行了受力分析,分析结果验证了该方法的正确性,同时也表明该方法具有一定的通用性,且无需复杂的理论计算,便能获得过约束并联机构在任意位形下的驱动力和各关节约束反力大小,为此类机构的受力分析提供了便捷途径。     

面向多体动力学仿真的零部件运动约束识别与应用

零部件运动约束的添加是多体动力学仿真建模过程中的重要环节.通过零部件CAD模型定位关系的分析,提出运动约束度及其运算规则,从零部件CAD模型的定位信息中识别运动约束信息,并分别进行零部件平动约束度和转动约束度的归并运算,求取模型的运动约束信息,实现零部件运动约束的自动添加.该方法在低压断路器的仿真试验中得到验证,结果表明该方法是可行的.     

基于物理属性的虚拟装配过程

针对虚拟装配系统中存在仿真程度不够高的缺点,提出基于物理属性的虚拟装配过程研究。通过分析虚拟装配过程对零部件物理属性的需求,建立零部件物理属性模型,给出确定零部件各物理属性以及自由运动状态的方法,分析碰撞响应对运动状态的影响。研究虚拟装配系统中装配对象间的交互过程,使用多刚体系统动力学分析方法对零部件装配过程中的动力学以及运动学进行分析,给出装配对象的运动学与动力学方程。通过把抽象的约束关系转换为基本约束方程表达运动副约束,并把运动副约束用于装配对象的运动分析。提出基于碰撞与静力学的稳态分析方法研究零部件达到稳定状态的条件。应用实例表明上述方法有效可行。     

新型过约束并联机构2RPU+UPU动力学模型

提出一种新型的过约束2RPU+UPU机构,该机构的两个RPU分支一共提供了4个约束,但由于机构运动副的特殊布置,其中的两个约束为过约束.机构中的UPU分支为机构提供了一个约束力.建立该机构的速度约束方程,并基于此分析了该机构的自由度.建立该机构的几何约束方程,确立表达机构末端位姿的独立运动参数.导出机构上平台的位姿、速度和加速度耦合关系.求解该机构的运动学反解、速度、加速度,建立机构RPU分支和UPU分支详尽的运动学模型.基于虚功原理和该机构的运动学模型建立该机构的动力学模型,并采用Matlab软件对该机构动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确.所用的方法同样适合于其他过约束并联机构.     

基于ADAMS的新型滤波传动件的动力学仿真研究

减速器动力学仿真是当前减速器研究领域中重要的研究方向之一。采用CAD软件Pro/E和机械系统动力学仿真软件ADAMS,建立起新型滤波传动件的三维仿真模型。阐述了模型的建立方法及过程,研究了在一定转速条件下啮合力的变化规律,在此基础上考虑啮合刚度和啮合阻尼这些内部激励因素对动态响应的影响,为减小振动提供了依据。     

典型机构运动可靠性的仿真研究

机构的运动可靠性理论分析是一个非常复杂的过程，目前均以简化的计算方法进行计算，这势必会给计算结果带来无法预计的误差。为避免这种误差的出现，应用机械系统动力学分析软件——ADAMS作为机构运动可靠性分析的平台并进行二次开发，最终形成常用机构运动可靠性的仿真分析模块。以曲柄滑块机构为例，使用CAD软件建模之后导入ADAMS，再利用ADAMS进行机构的变参数设计，从而建立机构的仿真模型，使用此分析模块进行仿真分析，并应用蒙特卡洛法进行计算。通过与传统方法相比较，此仿真研究方法是可行的。     

基于集中质量的铰接式自卸车平顺性仿真研究

根据振动力学以及多刚体系统动力学原理,分析了某铰接式自卸车的振动模型,同时进行合理的简化,建立了集中质量的虚拟样机模型,并在虚拟样机软件ADAMS上进行仿真。通过与试验的对比,也验证了仿真方法可行,仿真模型可靠。因此可用该模型计算随机激励下铰接式自卸车的响应,并进行整车动力学分析和悬架系统参数优化设计。     

H_∞理论在起落架半主动控制系统中的应用

以某型双腔式起落架为研究对象,建立了起落架着陆动力学方程,应用ADAMS软件构建该起落架的虚拟样机模型,在考虑控制对象模型的不确定性和系统干扰抑制的情况下,基于混合灵敏度问题求得鲁棒H∞控制器。应用ADAMS及Matlab/Simulink软件,对半主动起落架的落震仿真过程进行实时控制,进行机械系统和控制系统的联合仿真分析,并对比被动控制和半主动控制起落架的仿真结果。对比研究结果表明:半主动控制起落架能够有效地降低直升机着陆时的冲击载荷和振动响应,从而提高直升机着陆的安全性和舒适性。     

基于ADAMS六自由度机械手的动力学分析与仿真

采用拉格朗日方法建立了一种六自由度机械手的动力学模型。利用Pro/E软件建立机械手的三维模型,将其导入到ADAMS软件中进行动力学仿真,得出各个关节的力矩、速度、加速度和各关节转角的关系曲线,为机械手控制的研究奠定基础。     

基于ADAMS的机器人动力学仿真分析

从机器人动力学参数设计角度出发,利用动力学仿真分析软件ADAMS,建立了120点焊机器人的动力学仿真模型,并提出了无路径的搜索方法,在全部的机器人工作空间内进行仿真搜索,最终求取机器人关节驱动力矩的极限值.该方法提高了机器人系统的设计精度,解决了本体设计中参数无法精确确定的难题.     

4WS汽车虚拟模型的闭环控制动力学仿真

利用机械系统仿真软件ADAMS建立了一种新设计的四轮转向(4WS)汽车的整车虚拟模型；利用MATLAB/Simtdink建立了4WS汽车的控制策略；通过ADAMS与MATLAB／Simtdink交互式联合仿真，研究了闭环控制下4WS汽车的瞬态和稳态操纵动力学特性。另外，仿真比较了基于横摆角速度多状态最优控制方法下、不同底盘结构参数对车辆操纵稳定性的影响。     

考虑关节间隙的五杆机构动力学建模

利用含间隙关节元素之间的几何关系建立了该机构的间隙模型,写出了该机构的位置方程并对其进行了运动学分析,采用连续接触碰撞力模型描述了该机构间隙副的法向接触力,并以修正的Coulomb摩擦力模型建立了该机构的间隙副的切向接触力,利用第二类拉格朗日方程建立了该机构含间隙副的完整动力学模型,并结合ADAMS动力学仿真软件分析了运动副间隙对该机构动态特性的影响。为该机构的间隙补偿与控制策略提供了理论依据。     

三球销式等速万向节动力学仿真分析系统

在分析三球销式等速万向节工作原理及各种接触碰撞模型的基础上，建立了万向节含间隙机构运动副的动力学模型；并结合对ADAMS软件的二次开发，完成了三球销式等速万向节动力学仿真分析系统的开发；通过实际算例，验证了本系统的正确性和良好的使用效果。     

三维大变形梁系统的动力学建模与仿真*

对三维大变形柔性梁系统的动力学建模和仿真进行了研究。采用绝对节点坐标法描述柔性体的大变形和大位移运动,并由此建立三维大变形柔性梁系统的动力学模型。在此动力学模型基础上,编制动力学仿真软件,实现了对三维大变形柔性梁系统的动力学仿真。给出了两个动力学仿真算例。第一个对柔性单摆自由下落进行了动力学仿真,并与现有文献结果相比较,验证了模型的正确性。第二个对空间柔性双摆的自由下落过程进行了动力学仿真,并将模型计算的结果与使用ADAMS软件计算的结果进行比较。研究结果表明,ADAMS在计算大变形物体动力学时具有局限性,而所得的模型能够有效地对三维大变形柔性梁系统的动力学进行仿真解决这类动力学问题。