柔性多体系统动力学的研究进展与建模方法

随着空间技术和空间应用等领域需求的不断扩大以及机器人技术的发展,使得考虑部件柔性的系统动力学分析的研究备受重视。简述了柔性多体系统动力学的研究进展,讨论了柔性多体系统动力学建模过程中的建模方法、离散化方法以及坐标系的选择,最后总结并展望了柔性多体系统动力学后续要研究的问题。     

计及柔性的移动机械手动力学建模现状与展望

针对柔性移动机械手动力学建模的问题,介绍了常见的基于Lagrange方程的方法、Kane方法、旋转代数法和Newton-Euler方法等,对于各种动力学建模的方法进行了分析对比,指出了各种方法的优缺点,揭示了不同建模方法存在的问题.根据不同的应用背景,进一步明确了在考虑系统柔性的前提下,移动机械手动力学建模的关键技术和发展趋势,这对包含柔性体在内的多体系统,尤其是空间多体系统和复杂机构的分析控制有一定的参考价值.     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法．以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程．利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究．为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明：由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符．多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能．这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法．     

基于小变形的柔性多体系统运动学分析

多体系统中柔性体运动一般分为体参考系的范围运动和变形运动。在多数场合,柔性体的变形运动是较小的,可以用对变形广义坐标线性化的动力学方程描述系统动力学行为。但是,目前通用的一些动力学建模方法用于柔性体动力学建模时,存在过早线性化缺陷,导致最终的动力学方程遗失了一些重要的刚柔耦合项。本文采用非线性变形场描述,计及含有变形广义坐标及其导数的二阶小量项,将这种非线性保留到求出偏速度后,再线性化,建立了柔性     

基于小变形的柔性多体系统动力学建模方法研究

引入非线性变形场描述,建立了基于小变形的柔多体系统动力学模型,解决了传统动力学建模方法存在的对变形广义坐标过早线性化的缺陷。对旋转梁式构件进行了动力学仿真,仿真结果表明传统方法不适合用于高速旋转的柔性体动力学建模,本文提出的动力学模方法为解决实际工程中各种复杂结构动力学分析提供了有力工具。     

机器人柔性臂动力学有限元建模方法的研究

动力学建模问题一直是困扰机器人柔性臂研究和应用的一个尚未圆满解决的关键问题。针对上前机器人柔性臂动力学建模的研究和发展状况，重点研究了柔性臂动力学的有限元建模问题，力求建模简单方便有效，以便于进行动力学分析和控制问题的研究。     

空间柔性机器人动力学分析的快速积分算法

以空间柔性机器人为研究对象,分析了机器人柔性多体系统动力学建模过程,研究了根据广义动力学方法所建立的大型微分-代数方程的快速数值积分算法.本文采用Lagrange方法研究了空间柔性机器人的动力学模型,通过判断系统中铰的类型(主动关节和被动关节),建立机器人系统的微分-代数动力学方程,最后采用线性多步积分算法对建立的大型微分-代数方程进行高效率求解. 仿真算例的结果表明,本文研究的线性多步积分算法对求解大型微分-代数方程速度快,效率高,为空间机器人实时动力学仿真打下坚实的基础.     

柔性多体动力学的建模与计算

本文在对柔性多体动力学发展略作回顾的基础上，采用ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｓｅ原理，对由基座、（ｎ－１）个柔性连杆及端部负载组成、相互之间由柱铰联结的柔性链式多体系统进行理论建模；柔性杆模态取三维梁单元进行有限元离散；算法上选用Ｇｅａｒ算法克服柔体动力学微分方程的刚性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）问题。成功地进行了一种工况的失重柔性机械臂的动力学数值计算，为在其上进一步实施控制打下了良好的基础。     

含动力刚化项的一般多柔体系统动力学研究

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式．在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数．把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动力学方程．通过数值仿真算例,界定了传统多柔体系统动力学建模方法的适用范围．     

柔性航天器的模态综合-混合坐标动力学建模

针对由中心体和柔性附件组成的柔性航天器，采用混合坐标法，通过伪坐标形式的拉格朗日方程，建立了全柔性航天器的混合坐标动力学方程。建模中采用模态综合理论的方法，由航天器结构的弹性正则模态和静变形模态组成的模态集表示结构变形，以便更有效的将结构变形的影响引入到航天器的动力学模型中。文中用由盒形中心体和两帆板组成的假想航天器系统为例，以此系统的有限元动力学模型为基准，比较了采用弹性正则模态和静变形模态的模态综合建模和单纯采用弹性正则模态的常规建模时得到的系统特征频率，表明引入了静变形模态以后，所得到的动力学模型能更好反映柔性航天器的动力学特性。     

Engine Multi-Body with Flexible Crankshaft Modeling and Numerical Simulation

1 IntroductionWith the development of high-speed engine, thecrankshaft systems are working precisely with lessweight and heavier load. It is necessary to solve thedynamic problem of the system's motion coupledwith its self-deformation[1]. Kane [2] pointed out thattraditional linear dynamics can ignore the dynamicrigidity term generated by a moving flexible body.Therefore, it is necessary to establish a multi-bodymixed model that contains both rigid and flexiblebody in the studying of the lubri…     

未确知环境下刚-柔机械臂主动柔顺运动控制的仿真研究

对未知环境下刚-柔机械臂主动柔顺控制进行仿真研究．利用MatlabTM提供的控制工具箱进行控制器的设计,使用SimulinkTM进行系统仿真．本文分别设计了PID控制器,H∞控制器,并对在不同控制器下的闭环系统的性能进行了比较．对刚-柔机械臂主动柔顺控制的快速定位、慢速趋近目标物体以及柔性机械臂的主动柔顺跟随运动进行了仿真研究．     

柔性基础内燃机被动隔振系统的建模与仿真

以多体动力学为基础,结合有限元技术和实体建模技术,建立柔性基础内燃机被动隔振系统刚/柔混合仿真模型。并对支承在柔性平板结构上的某四缸柴油机隔振系统进行动力学仿真计算,静平衡及激振力仿真结果均与理论计算十分吻合。通过改变柔性平板支承刚度来改变柔性基础的边界条件,进一步获得不同刚度条件柔性基础上内燃机隔振系统的隔振特性。通过比较柔性基础上隔振器支承力和刚性基础上隔振器支承力的变化,结果表明：柔性基础对隔振器支承力有重要影响,受柔性基础弹性影响的系统自振有可能成为影响支承力变化的主要因素。     

柔性航天器大角度姿态机动的变论域分形控制

针对具有开环树状拓扑结构的柔性多体航天器,基于真一伪坐标形式的拉格朗日方程,建立柔性多体航天器的动力学模型,充分考虑了柔性航天器的时变与不确定性的动力学特征,设计了改进的变论域分形模糊控制器,并对该系统进行了仿真验证．仿真结果表明,该方案回避了实时计算收缩因子所导致的论域范围实时收缩的缺点,实现了对柔性多体航天器大角度...     

多柔体系统刚柔耦合动力学有限单元法

传统的多柔体系统动力学建模理论,往往基于小变形线性动力学的基本假定,采用线性的Cauchy应变理论描述应变—位移关系。但是,对于具有刚性旋转的位移场来说,Cauchy应变理论并不适用。本文采用Green-Lagrange应变理论,描述有大位移运动的梁单元的非线性位移—应变关系,通过对应变能的分析和线性化处理,建立起相对变形坐标一阶精确的一致线性化的多柔体系统有限元模型,仿真算例的结果验证了该方法的有效性和结构中的几何非线性对系统动力学响应的重要作用。     

带有转动附件的多柔体簇系统动力学拟变分原理及其应用

应用混合坐标法对多柔体簇系统进行运动学描述,得到附件和根体的动能,建立带有转动附件多柔体簇系统动力学拟变分原理.并推导其拟驻值条件对变分原理进行检验.最后,应用多柔体簇系统动力学拟Hamilton原理的拟驻值条件建立具有两个相同且对称安装的挠性附件的空间飞行器附件振动微分方程.     

基于脉冲激励响应的风力机叶片结构阻尼计算

针对大型风力机叶片气弹振动问题,提出一种基于脉冲响应的大型风力机柔性叶片结构阻尼有效分析方法.采用一种5自由度的超级单元,将柔性叶片离散成由若干超级单元构成的多体系统,基于计算多体系统动力学中的R-W方法建立了叶片的动力响应模型.以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机叶片为研究对象,通过分析叶片在脉冲激励下的动力学响应得到其传递函数,由半功率带宽法计算叶片在静止和运转工况下的挥舞与摆振结构阻尼,从而为确定叶片气弹稳定性的边界提供依据.该研究对于指导叶片结构与气动外形设计、帮助确定其气弹稳定性边界具有重要意义.     

汽车悬架K＆C特性分析及其对整车性能的影响

为研究汽车悬架的K＆C特性及其对整车性能的影响,在ADAMS/Car环境下,双轮同向跳动仿真中建立麦弗逊悬架多刚体动力学模型与多柔体动力学模型,在侧向力与纵向力仿真中建立麦弗逊悬架多柔体动力学模型。仿真结果表明,此悬架具有较好的K＆C特性,对整车操纵稳定性和平顺性有积极作用。