基于接触碰撞理论的锭子动力学仿真研究及实践

为减小锭杆顶端振幅对纺纱质量的影响，分析了基于接触碰撞理论的锭子动力学仿真中的分离－接触－碰撞三状态，建立了非变形经典碰撞模型和接触变形模型。建立切换点判定方程计算状态切换点，求解动力学微分方程以获得接触力和碰撞冲量作为失空输入求得模态振型和不平衡响应。比较两类多体动力学仿真结果，提出用碰撞耗能来研究锭子振动控制问题的方法。     

柔性圆柱杆接触碰撞实验研究

对两柔性圆柱铝杆纵向接触碰撞进行实验研究．为了深入研究接触碰撞过程中物体的动力学响应,设计了柔性体之间接触碰撞的实验方案,利用铝的导电性精确地测量碰撞的接触时间,利用激光多普勒测振仪非接触地测量接触碰撞过程中柔性杆上各点的速度响应,同时通过动态应变技术测量出接触点附近的应变变化历程．实验结果揭示了碰撞过程中杆上各点速度响应形成弹性波的现象,说明碰撞过程中弹性波传播效应不能忽略．并验证了实验方案的可行性和合理性．     

共线三球链问题的碰撞动力学研究

共线三球链的碰撞动力学问题能够展示多刚体系统碰撞问题的困难之一：非唯一解的问题.本文建立了三球链碰撞的Hertz接触模型,研究对其求解的数值算法,并用有限元模型（FEM）对其进行验证,研究表明：同线性模型比较,采用Hertz接触力模拟小球之间的接触力更接近有限元计算结果;在Hertz接触模型基础上,分析碰撞过程中接触力的变化过程;研究刚度比和质量比对于碰撞结束后各个小球运动状态的影响,并研究了两种刚体模型下碰撞次序假设成立的条件.     

参数化列车碰撞平台的动力学建模与仿真

轨道车辆的设计过程中,有限元碰撞仿真方法建模复杂、修改周期长.为快速计算准确的列车碰撞响应,基于车辆-轨道耦合动力学理论,使用Matlab程序语言,建立参数化列车碰撞平台.根据实际参数,将车辆实体模型转化为数学模型,将连续轨道模型离散为弹性点支承模型;基于Hertz接触理论,使用向量法建立轮轨相互作用模型;将车钩缓冲装...     

变拓扑柔性多体系统接触碰撞动力学研究

在实际工程领域中存在着大量接触碰撞等非连续动力学问题,现有的解决柔性多体系统连续动力学过程的建模理论与方法,已经无法解决或无法很好解决这些问题.本文基于变拓扑思想,提出了附加接触约束的柔性多体系统碰撞动力学建模理论；通过设计柔性圆柱杆接触碰撞实验,验证了所提出附加约束接触碰撞模型的有效性；针对柔性多体系统全局动力学仿真面临时间和空间的多尺度问题,提出多变量的离散方法,从而提高了柔性多体系统非连续动力学的仿真效率.     

柔性梁线接触碰撞的动力学建模和实验研究

研究作旋转运动的柔性梁的线接触正碰撞问题.基于Goldsmith的线接触撞击力模型,分别用基于小变形的混合坐标法和基于大变形的绝对坐标法建立了柔性梁的动力学方程,考虑了几何非线性效应.在此基础上,进一步考虑非线性阻尼项的影响,将Hunt,Crossley的阻尼模型推广到线接触问题.介绍了柔性梁线接触碰撞的实验方法.计算结果显示,在考虑阻尼的情况下,计算结果与实验结果吻合很好.比较了混合坐标法和绝对坐标法的撞击力计算结果,与实验结果对比表明,绝对坐标法更适用于大变形的撞击问题.     

两点碰撞振动系统的周期运动与分叉

建立了两自由度两点碰撞振动系统的动力学模型,给出了碰撞振动系统产生粘滞的条件,分析了系统存在的粘滞运动.采用打靶法,利用变步长逐次迭代逼近的方法求解系统的不稳定的周期碰撞运动,即Poincar啨截面上的不动点.通过对两自由度两点碰撞振动系统进行数值模拟显示了系统在一定参数条件下存在周期倍化分叉和Hopf分叉,同时通过数值模拟的方法得到了以两自由度两点碰撞振动系统Poincar啨截面上的不变圈表示的拟周期响应,并进一步分析了随着分岔参数的变化,两自由度两点碰撞振动系统周期运动经拟周期分叉和周期倍化分叉向混沌的演化路径.     

一种快速计算三维空间中物体碰撞接触面的方法

介绍了一种利用三维空间中物体运动的时空相关性 ,以碰撞检测取得的两物体碰撞三角面为计算域 ,快速寻找凸多面体发生碰撞时接触面的方法。该方法利用特征点来描述接触面 ;根据接触面的拓扑结构计算碰撞三角面间的点 -面、边 -边的最小距离 ,从而快速确定碰撞位置、接触面特征点及接触面的法线 ,并简要叙述了点 -面、边 -边接触的计算流程。该方法通过缩小接触面的计算范围 ,简化接触面法线 ,提高了碰撞测定的实时性。通过实际应用 ,证明了该方法的可行性 ,适用于三维游戏制作、虚拟现实中的物理仿真等各项应用研究。     

空间机械臂运动过程中的碰撞检测方法

针对一种六关节机械臂,导出了各关节和末端的坐标,对可能与舱体碰撞的机械臂的几个连杆,将其上面的各点表示成两端关节坐标的函数,并由此给出了该点与舱体碰撞的检查方法;该方法不仅能检查机械臂关节与舱体的碰撞,而且能够检查机械臂连杆上任何位置与舱体的碰撞;对可能发生相互碰撞的机械臂的每对连杆,将其上面的各点表示成两端关节坐标的函数,并由此给出了每对连杆相互碰撞的检查方法;该方法不仅能检查机械臂两连杆两端关节的相互碰撞,而且能够检查机械臂两连杆上任何位置之间的相互碰撞;仿真结果证实了两种碰撞检查方法可行性和有效性。     

基于数值仿真的人车碰撞事故再现研究

对于对未留制动印迹的人车碰撞事故采用数值仿真方法进行再现研究,提出了通过调整碰撞车速使得仿真结果(人体抛距、人体损伤情况等)逼近真实事故结果的方法估计碰撞车速,并应用于一起真实事故的再现研究,初步验证了模型和方法的可行性.采用上述经过验证的数值模型研究人车碰撞初始条件对仿真结果的影响发现:人车相对接触位置接近汽车前部一侧时对人体抛距值的影响较大,因此单纯根据人体抛距估计碰撞车速可能会造成再现结果的失真.     

Modeling and analysis on the internal impact of a Stewart platform utilized for spacecraft docking

In this paper, impacts at the joints of a closed-chain mechanism are modeled and analyzed. It is assumed that a Stewart platform is attached to one end of a spacecraft to be utilized as a docking platform and the spacecraft docks with another spacecraft. When the spacecrafts dock with each other, impact will rise at the docking point and the impact is absorbed by the docking platform. Although the impact at the contact point is very large, most of the impact is absorbed by the docking platform and negligible impact is transmitted to the spacecraft. The docking platform can absorb the shock by inertial effect, not by damping or friction. To show this, modeling of the internal impulses at the joints of a multi-body system is introduced and the internal impulses of the docking platform are analyzed by the modeling method.     

基于数值积分法的弹道导弹落点实时预测

为了及时准确预测洲际导弹再入段落点,直观、清晰地为靶场指控中心呈现落点偏差;以数值积分法为基础,通过使用光电经纬仪交会测量数据修正预测结果来排除扰动引力对预测结果的影响,实现对弹体落点的精确预测,并结合Direct3D图形编程技术设计落点预测模拟显示系统;实验结果表明:该方法预测误差≤50m,模拟目标运动过程逼真、平稳,落点显示直观,可作为操作人员的预判依据,满足了靶场测量过程中实时预测和显示弹体落点的要求。     

太阳电池阵展开与锁定过程的多体动力学分析

柔性太阳电池阵展开动力学分析一般将板间的铰链视为理想铰,展开到位时施加与角度相关的撞击力矩模拟锁定过程.本文采用多体动力学方法,在动力学建模时将板间铰链视为物体,考虑太阳电池阵的刚柔耦合效应,基于Hertz接触理论,建立锁销和锁槽的碰撞模型.然后实现了太阳电池阵展开锁定全过程的动力学数值仿真,并研究了碰撞模型中参数的选取对仿真结果的影响.研究结果表明,碰撞参数的选取不仅影响铰间碰撞力的大小,还会影响整个系统锁定后的频率响应.最后给出了如何选取碰撞参数进行太阳电池阵展开与锁定动力学仿真的策略.     

A Continuous Analysis Method for Planar Multibody Systems with Joint Clearance

Clearance from manufacturing tolerances or wear is likely to degrade the dynamic performance of connected machine parts. When joint clearance is introduced, the dynamic response of the mechanical system is substantially changed, seen as high acceleration and force peaks and dissipation of energy. Looking at contact models, the simpler ones, such as the linear Kelvin–Voigt or the nonlinear Hertz model, are characterized by a set of parameters. These include material parameters, coefficient of restitution and possibly a coefficient of friction. The analysis models can be divided into two groups – continuous and dis-continuous, related to whether integration is carried out through the period of contact, or stopped and restarted after the impact.Based on the equations of motion for a multibody system of rigid bodies, it is suggested that the continuous analysis approach is combined with a contact force model to describe joint clearance in rotational joints. Performing simulations with this methodology allows not only to quantify the overall mechanism behaviour, but also in-depth analysis of the impact mechanics in the clearance joint. Experimental data from a double pendulum impacting a rigid plate is used to verify the suggested continuous analysis method.     

基于恢复系数的碰撞过程模型分析

论述了恢复系数的含义及作用,并在此基础上介绍了几种碰撞过程模型.通过详细推导恢复系数与模型参数之间的关系,使得不同的碰撞过程模型可统一用恢复系数表示能量损失,并用接触刚度表示变形.这也阐明了碰撞过程模型与刚性模型之间的区别和联系,把动态接触理论和古典碰撞理论统一了起来.通过对一个单球碰撞系统进行数值仿真,不仅验证了关系推导的正确性,而且对各种模型从精度、效率、微观接触过程等方面进行了比较.     

基于无线传感器网络的炮弹落点定位技术的研究

针对现有的炮弹落点定位的缺点,提出了一种基于无线传感器网络对炮弹落点进行实时监控的系统。首先,采用到达时间差对传感器节点进行自定位,然后在传感器节点中集成加速度传感器,利用炮弹撞击地面产生的地震波对炮弹落点进行定位。在此基础上,对系统的软件进行了设计,从而实现了对炮弹落点的定位。对系统的测试结果表明,随着振动信号的减弱,接收到的信号幅值明显减小,利用此方法可以对炮弹落点进行初步的定位。     

考虑冲击温度影响的物质点法算法

针对超高速冲击使结构瞬间产生极高的温度并造成结构软化现象的问题,提出考虑冲击温度影响的改进物质点法算法,采用Taylor杆的撞击过程模拟分析这一现象。将模拟结果与经典物质点法算法对同一算例的计算结果进行对比,结果显示改进物质点法算法计算结果精度可提高0.77%。     

接触面的一致性三角形网格生成算法*

为了简化数值模拟中三角形网格模型之间的接触问题,设计了在接触面上生成一致性三角形网格的算法,基本步骤为构造网格拓扑关系、搜索重叠网格、完善重叠网格、拷贝网格、修补边界空隙。采用面向配对顶点的搜索方法、点投影的判定方法、基于边界环的孔洞搜索方法,准确地确定了接触区域,利用最短对角线的方法修补了边界空隙,较好地生成了一致性网格,并采用三轴分块排序表提高了效率。实验结果表明,该算法准确、高效地实现了接触面上网格的一致性。     

The Painlevé paradox studied at a 3D slender rod

This paper aims at investigating the dynamical behaviors of a 3D rod moving on a rough surface with so-called Painlevé paradox. The condition for the occurrence of the Painlevé paradox in the rod is studied according to the theoretical results obtained from LCP’s method for spatial multibody systems. Numerical results obtained by inserting a compliant contact model into the rigid body model present a support for the assumption that a tangential impact is related to the spatial paradoxical situations. Furthermore, the tangential impact is analyzed by using the Darboux–Keller’s shock dynamics and are found with the same properties as the one in the planar rod: A tangential stick appears at the contact point during the impulsive process. With the help of the Stronge’s coefficient, an impact rule is developed to describe the dynamical behaviors of the 3D rod with paradoxical situations. Comparisons between numerical results obtained from Darboux’s model and the ones obtained from the compliant contact model are carried out and show well agreements.