某车载起重机吊臂刚柔耦合系统动态性能分析

车载起重机在工作中,由于伸出臂长较长,吊臂会发生一定的挠曲,因此用刚体来描述吊臂是不准确的.本文主要用ADAMS和ANSYS软件对吊臂机械结构进行刚柔耦合建模与仿真,研究分析吊臂工作的动态性能,以及吊臂的应力和应变,以了解其安全性能,为以后的优化做准备工作.     

塔式起重机刚柔耦合动力学模型研究

目前大多数塔式起重机的动力学建模研究的方法是将整机等效为多刚体系统,在综合考虑塔式起重机臂架的柔性变形和系统非线性运动的影响下,将臂架等效为Euler-Bernoulli梁并考虑自重和结构阻尼,基于拉格朗日方程建立了能够完整描述塔式起重机变幅、回转和起升运动的刚柔耦合动力学模型,并应用假设模态法得到了矩阵形式的离散方程。针对塔式起重机三种典型的运动形式,应用Maple数学软件对模型进行了数值求解,最后,为验证模型准确性,建立了ADAMS动力学仿真模型,将数值求解和仿真得到的重物的运动响应进行了对比。结果表明,建立的动力学模型可以较准确地反映塔式起重机的运动过程,而且还能近似地描述重物运动的响应,对跟踪重物的轨迹、研究重物的摆动规律也有重要的指导意义。研究结果对研究大长细比臂架类工作机构的动力学响应也具有重要的参考价值。     

刚柔耦合系统的振动主动控制

针对航天器是一种通过柔性关节连接浮动中心刚体和挠性附件(如卫星太阳帆板,空间机器人等)组成的刚柔耦合复杂系统,在调姿或者外部扰动带来振动时,将影响系统的稳定度和指向精度,基于模态理论,建立包括柔性关节和柔性链的刚柔耦合结构动力学模型并写成状态空间表达形式,且分析系统的能控性。提出采用复合正位反馈(Positive position feedback,PPF)和比例微分(Proportional derivative,PD)控制律抑制柔性结构振动,在理论上分析其稳定性和控制性能。设计并建立刚柔耦合结构试验平台,进行包括位置设定点及转动振动主动控制研究。试验比较研究结果验证提出方案能够快速地抑制振动。     

柔性臂刚柔耦合动力方程的数值方法

在拉格朗日体系下,对同时具有关节和臂杆柔性的机械臂(下述简称柔性臂)系统进行动力学建模,从能量角度证明了传统数值积分方法求解微分方程时的不稳定性。论述了计入耗散力的拉格朗日体系转化为哈密顿体系求解时的困难,由此引入状态空间向量,得到与哈密顿模型等价的形式。采用精细时程积分算法(PIM)对所建刚柔耦合强刚性动力方程的数值求解,指出了传统PIM的局限性,并通过增维的方式将非齐次动力方程转化为齐次形式,避免了矩阵求逆造成的奇异现象,得到了逼近精确解的精细数值结果。     

关节机械手的刚柔耦合分析

针对关节机械手工作时手爪的受力情况进行研究,结合多柔体系统动力学方法,建立了基于刚柔耦合的关节机械手的虚拟样机,进行关节机械手的动态特性仿真与评价。导出手爪的受力曲线,通过对曲线的分析,验证仿真结果的正确性。最后将手爪柔性体的载荷文件导入到ANSYS中进行有限元分析,判断手爪在工作中所受的最大等效应力,并提出对关键部位材料的改进,为工程应用提供了很好的理论依据。     

混凝土泵车臂架刚柔耦合动力学分析

混凝土泵车臂架的柔性效应对其零件的强度、末端运动轨迹和液压缸驱动力都产生不可忽略的影响,因此对其进行刚柔耦合分析是必要的。基于有限元分析软件ANSYS和动力学分析软件ADAMS,建立了27m混凝土泵车臂架的多刚体模型和刚柔耦合模型。分析比较了相同工况下多刚体模型和刚柔耦合模型中液压缸的受力,研究了不同速度和阻尼对液压缸驱动力的影响。仿真结果表明,该方法可实现对大型机械臂的刚柔耦合分析,为臂架系统的设计和优化提供理论指导。     

推土机刚柔耦合仿真分析研究

推土机是重要的工程机械,广泛应用于工程建设中。针对某款推土机在使用过程中出现的推杆裂纹情况,基于柔性体理论,将推土机的左右推杆转换成柔性体,建立推土机的刚柔耦合模型,对刚柔耦合模型进行仿真分析。仿真结果可为解决推土机推杆强度和轻量化提供理论基础,具有实际应用价值。     

刚柔耦合地铁齿轮传动系统振动响应分析

地铁齿轮箱是车辆关键传动部件,其振动情况影响列车行车安全。针对地铁齿轮箱振动响应问题,以地铁齿轮箱实体模型为研究对象,借助Cero及ADAMS的数据接口进行了数据转换,并借助ANSYS实现将齿轮箱体柔性化,基于ADAMS将柔性体替换掉原模型对应刚性体,并对其进行合理约束,建立齿轮接触模型,并采用ADAMS内置机械包模块建立轴承副,生成了地铁齿轮箱刚柔耦合动力学模型。根据齿轮箱动力学仿真结果,分析箱体在齿轮启动瞬间及加速阶段存在较大振动冲击,比较各测点的应力应变情况可知,上箱体明显较之下箱体有更显著的振动冲击响应,上箱体观察口及上箱体顶部区域由于信号的叠加作用等因素有较大的应力应变响应,可以考虑对箱体结构进行优化,考虑添加加强筋等措施加强危险节点的稳定性。为地铁车载齿轮箱设计提供参考。     

机器人手臂的刚柔耦合建模及摆动模态对比

以机器人柔性手臂为对象,基于Jourdain变分建立了刚柔耦合动力学模型;通过假设模态法将物理坐标变换成模态坐标,对动力学方程进行解耦。参考人体参数,利用ADAMS建立了虚拟样机模型,设计了形函数矩阵。在MATLAB中编写了方程求解算法。对比了ADAMS和MATLAB对柔性手臂转角的仿真。针对碳纤维、铝合金、聚乙烯和聚丙烯4种材质手臂仿真重力作用下的摆动运动,绘出了末端横向变形位移和频谱图;量化分析了变形量和模态。结果表明随着弹性模量与密度的比值增大,手臂固有频率增大,横向变形位移减小;碳纤维材质可近似建模为刚体;碳纤维和铝合金适合做手臂机构;聚丙烯材质刚度和柔顺性较好。