多杆隔冲装置动力学特性分析

为提高舰载设备服役期间的抗冲击性能,须在舰船和舰载设备之间安装隔冲装置。首先,以多杆并联构成的隔冲装置为研究对象,基于坐标变换矩阵,根据螺旋理论和多维隔冲的基本原理建立多杆隔冲装置动力学模型;其次,应用正则模态矩阵变换思想求解动力学方程,获得多杆隔冲装置自由响应和受迫响应解析解,并与机械系统动力学自动分析（automatic dynamic analysis of mechanical systems,简称ADAMS）的仿真响应结果进行对比;最后,对多杆隔冲装置进行落锤式冲击试验。结果表明：多杆隔冲装置能够有效隔离标准规范下的强冲击载荷,横向、纵向冲击隔离率达到97.79%,垂向冲击隔离率达到95.34%;仿真与理论结果契合度高,理论模型具有有效性;试验与仿真响应差值在3%左右,冲击隔离率随冲击载荷的提高呈增大趋势,装置在强冲击环境下仍具有良好的抗冲击能力。该结果可为多杆隔冲装置隔离舰载设备冲击载荷提供理论参考和数据基础。     

粘弹性复合材料隔冲结构在水下非接触爆炸环境中的瞬态响应分析

以水下非接触爆炸环境为研究背景,在论述隔冲原理及粘弹性材料力学特性的基础上,分析了粘弹性复合材料隔冲结构的各种非线性因素,根据物理样机的实际工况,建立了粘弹性复合材料隔冲结构的有限元模型,仿真计算得到了瞬态激励条件下隔冲结构的动力衰减曲线,经试验验证,证明了该隔冲结构的有效性。     

一种基于并联气动肌肉的隔冲系统特性研究

为了有效减少冲击载荷对船舶、航天等工程领域高精仪器产生的影响,提出了一种基于并联气动肌肉的变刚度隔冲系统.首先建立了气动肌肉数学模型,并在此基础上,通过对系统的动力学和运动学分析,建立了隔冲系统的动力学模型,搭建了隔冲实验平台,并进行实验数据的采集与分析.实验结果表明:基于并联气动肌肉的变刚度隔冲系统能够有效减小冲击载荷作用下的加速度传递率,为该隔冲系统的深入研究和应用奠定了良好的基础.     

被动式Stewart隔冲平台的刚度特性

建立了Stewart隔冲平台的运动微分方程,分析了隔冲平台3个方向的动态刚度特性,讨论了刚度大小对平台抗冲击性能的影响,对隔冲平台进行了落锤式冲击试验,并与仿真结果进行了对比。研究结果表明:被动式Stewart隔冲平台的三向动态刚度近似呈线性;隔冲平台的横向冲击隔离率大于纵向冲击隔离率,纵向冲击隔离率大于垂向冲击隔离率;试验所得的冲击隔离率达到86.39%以上。研究成果可为Stewart隔冲平台在船舶设备抗冲击中的实际应用提供理论和试验依据。     

3HUS+S型并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3HUS+S并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,从并联机构的运动学出发,建立了各直线模组滑块及连接杆与动平台速度、加速度之间的关系。通过得到的动平台质心、连接杆质心及直线模组质心的作用力和作用力矩,基于虚功原理建立了该并联试验机的动力学模型;通过对动力学模型仿真得到直线模组的驱动力矩和驱动功率,为该试验机动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供了参考。     

基于牛顿—欧拉法的4-UPS-RPS机构刚体动力学分析

为了研究三维转动两维移动4-UPS-RPS空间五自由度并联机构的刚体动力学问题,采用牛顿—欧拉法和虚拟样机仿真相结合的刚体动力学分析方法,分析了该并联机构的运动学,包括位置反解、并联机构驱动杆线速度和角速度,以及并联机构摆动杆和伸缩杆质心处线速度和角加速度;采用牛顿—欧拉法建立了4-UPS-RPS空间并联机构的刚体动力学模型,利用MATLAB对空载和有载荷条件下的算例进行了理论计算,分别求解出机构五个驱动杆的驱动力,利用ADAMS进行了机构虚拟样机的动力学仿真分析,验证了理论计算的正确性。该研究为4-UPS-RPS空间五自由度并联机构的设计制造和控制奠定了理论基础。     

基于Stewart结构的并联平台工作空间与刚度分析

根据Stewart结构的运动学原理,分析了并联平台的工作空间,并采用对分法对工作空间边界进行了分析了并联平台的刚度,给出了刚度计算模型,通过计算和仿真得到了该并联平台的工作空间及刚度引起的位置和方向的变化规律。     

采用配重法分析3-PRS并联机床静态平衡

配重法分析3-PRS并联机床的静态平衡问题,验证其优缺点。首先设计了平衡机构,动平台通过平行四边形伸缩机构平衡,其它三杆分别通过三个配重滑轮机构进行平衡。分析了并联机床各运动构件的质心,推导出了驱动杆质心和动平台的质心的方程表达式,通过平衡分析和算例得出,可以实现机床在整个工作空间任意位姿下驱动杆均不需要输出关节力克服机床重力。最后利用ADAMS仿真软件对施加配重的并联机床仿真验证,证明了理论分析是正确,配重法不需要对机床进行维护,并可以完全实现并联机床的静平衡。     

弹道修正引信隔转平台缓冲保护特性研究

基于弹道修正引信发射时的轴向高过载条件以及引信中隔转平台的缓冲结构特点,建立了缓冲动力学模型;利用Ansys/LS-DYNA对弹道修正引信隔转平台进行动力学仿真分析,根据隔转平台中易故障部件的应力分布评估其缓冲保护特性;并设立了多个仿真组,对比分析了不同缓冲结构、缓冲材料以及材料参数对隔转平台缓冲保护性能的影响;根据仿真结果得出采用多垫缓冲结构的隔转平台缓冲保护特性更好,同时通过优化缓冲垫的材料以及材料参数进一步提高了隔转平台的缓冲保护能力。     

液压限位隔离系统冲击响应特性研究

为提高舰载设备的抗冲击性能,改善传统限位器产生的二次冲击问题,提出采用液压限位器代替传统橡胶限位器方法.首先建立基于AMESim的液压限位隔离系统计算模型,分析了阻尼孔孔径对隔离系统冲击响应的影响,然后对比分析了液压限位和橡胶隔离系统的冲击响应特性,最后通过冲击试验加以验证.研究结果表明:对于任一额定负载下的液压缓冲器,都存在一个最优阻尼孔孔径,使隔离系统获得最佳隔冲效果;与橡胶限位隔离系统相比,在相对位移响应一致的条件下,不仅加速度响应峰值降低了65％以上,而且保证了加速度隔冲率在45％以上,有效改善了二次冲击带来的危害,大幅提高了舰载设备的抗冲击性能.     

SDDC型双作用液动旋冲接头能量利用率研究

对SDDC型双作用液动旋冲接头主要工作过程中的能量转化及利用问题进行了分析,建立了该型双作用液动旋冲接头各工作过程的能量方程。依据能量方程,推导出了液动旋冲接头的单次冲击能量、冲击频率、水力能量利用率的计算模型,并对计算模型进行了验证。研究了泵的排量、泵压、旋冲接头的结构尺寸,以及冲锤质量等对泥浆泵工作情况及水力能量利用的影响,研究结果表明：泥浆泵的泵压、排量增大,SDDC型双作用液动旋冲接头的单次冲击能量、工作频率、水力能量利用率增大,反之,则相应减小;旋冲接头的结构尺寸和冲锤质量对水力能量的利用率影响也很大。     

基于ANSYS的集料给料机级配斗隔网结构分析

采用有限元分析方法,根据集料给料机级配斗隔网的工作情况和结构,建立了隔网的三维计算模型,运用ANSYS软件,对隔网的结构进行计算,具体包括隔网在载荷作用下所受的应力、产生的变形等,为优化隔网结构提供理论依据.根据计算结果提出了隔网结构设计改进方案,并对改进后的结构进行分析,分析结果表明,改进后的结构既节省材料又安全可靠.     

Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

基于矢量法三自由度并联机器人运动模型的构建

众所周知,求解并联机器人运动学、动力学模型的方法有很多种,例如牛顿欧拉法、拉格朗日方法等。主要是通过运用矢量法在已知输入主动杆运动角度的情况下,通过从正方向求解并联机器人动平台质心坐标的运动变化,相对于前者方法较为简单,易于理解。然后在基于已知动平台质心坐标条件下,反向求解并联机器人主动杆的角度变化。最终并通过具体实例用Matlab软件仿真其运动轨迹,说明其运算方法的可行性。     

3-TPT 型并联机床的精度分析与仿真

为提高3-TPT型并联机床的运动精度,解决杆长误差和铰链间隙误差的影响问题,将3-TPT型并联机床的各条支链作为假想的单开链,利用矩阵法结合从运动学方程微分得到的结论,推导出杆长误差和铰链间隙误差与终端动平台位置误差的映射关系.以东北大学研制的3-TPT型并联机床为模型,在MATLAB下利用蒙特卡洛方法分析了工作空间内杆长误差和铰链间隙误差对终端运动精度的影响规律.仿真结果表明,该机床的终端输出误差较小,约为输入误差的1/15～1/12.5,基于该构型的试验平台可达到较高的运动精度.     

一种一平移两转动并联机构的运动学与工作空间分析

以1T2R并联机构为研究对象,详细论述了该并联机构机型的特点、数学模型与三维模型的建立、运动位置的正反解计算、运动仿真和结果分析四块内容。首先采用解析法建立空间位置数学模型,分析计算1T2R并联机构的位置正反解;其次,建立1T2R并联机构的虚拟样机模型,并结合ADAMS软件进行运动学位置仿真和MATLAB软件求解理论位置曲线以验证所求位置正反解的正确性;最后,利用位置正反解求解动平台的中心坐标,并利用MATLAB计算1T2R并联机构的运动空间,并进行分析。     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。     

冲击载荷下舰载电子机柜采用双层隔冲措施的探索研究

提出了舰载电子设备隔振系统冲击动响应分析的方法和隔振系统的抗冲击设计原则.通过对框架薄板构件组成的电子机柜的简化有限元模型计算,并对隔振器的相关设计参数进行了优化.提出了双层隔冲的机柜抗冲击措施.     

基于绝对节点坐标法的平面3-RRR并联机构动态特性研究

平面3-RRR并联机构的柔性杆在运动过程中产生的柔性变形会影响机构的输出精度。基于绝对节点坐标法,建立含有柔性杆、刚性动平台的平面3-RRR并联机构刚柔耦合模型,对并联机构的动态特性进行研究,获得并联机构各时刻的位姿和动平台质心运动轨迹。结果表明,柔性杆的弹性变形使动平台不能按照预期的轨迹运行。建立柔性杆局部坐标系,得到了柔性杆中点处挠度值,发现主动杆的弯曲变形远大于从动杆,柔性杆对机构输出精度的影响主要由主动杆产生。仿真结果可以为机构的设计和优化提供理论依据。     

基于2-PRU/PUU并联机构的伴随运动与工作空间分析

针对一种新型2-PRU/PUU并联机构的伴随运动及工作空间进行了分析。根据螺旋理论对机构的自由度进行分析;通过修正的Grübler-Kutzbach公式判断了其结果的正确性;通过创建2-PRU/PUU并联机构的运动学数学模型,推导了伴随运动与动平台位姿之间的数学关系,在此基础上,利用三维空间坐标矢量法计算了该机构的位置反解;采用极限边界搜索法在Matlab软件中运算求解出工作空间,并利用Adams软件对2-PRU/PUU并联机构进行了动平台质心运动参数的仿真计算。研究为该机构的尺度综合、误差分析以及为今后实际工程应用提供了理论与数据支撑。