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．     

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     

多柔体系刚以了条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应变理论描述应变一位移关系。但是,对于具有刚性旋转的移场来说,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性线化处理,建立起相对变形坐标一阶精确的一致线性化的多柔体分析系统有限元模型,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。     

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。     

基于ADAMS的滚动轴承参数化建模与动力学仿真

为了更加精确地进行轴承动力学设计,优化高速轴承的动力学特性,本文采用虚拟样机分析软件对滚动轴承进行参数化建模,给出滚动轴承参数化过程,同时建立了深沟球轴承动力学参数化模型并进行仿真分析,仿真结果表明,当对滚动轴承施加一定重载荷时,滚动体因受迫速度增大一些,滚动体与内外圈及保持架的接触力也会增大,但由于滚动体的直径减小,施加的载荷不足以使轴承的变形达到增加接触力效果,所以在对轴承模型施加1000N载荷后,参数化模型分析结果与实际要求相符合。提高了建模效率,方便了用户不用考虑模型内部之间的关联变动对模型进行快捷修改。该方法对研究滚动轴承动力学特性具有重要作用。     

基于电路模拟解决多杆机构弹性动力学建模问题

多杆机构的弹性动力学的传统建模方法采用拉格郎日第二类方程、虚功原理和有限元方法建立,针对传统建模方法相对复杂等问题,提出了应用电路模拟方法解决多杆机构的弹性动力学建模问题。从研究电学与机械振动学数学相似性入手,研究了一个等值电路,归纳了电路模拟建模方法的一般规则,并应用上述原理解决了多杆机构的弹性动力学建模问题,给出了一般求解公式。     

柔性多体系统动力学单向递推组集建模方法

提出了一种柔性多体系统动力学计算机辅助建模方法，即单向递推组建模方法。在运动学正向递推过程中程式化地组集建立链状，树状及含闭环的柔性多体系统用铁相对坐标及模态坐标表达的动力学方程，且有传统的绝对坐标方法及铰相对坐标方法的优点并克服了它们的不足。结果的形式同多刚体系统动力学方程兼容，并适合处理变结构多体机械系统的仿真。由于各条链上递推组集的独立性，本方法极易并已发展为并行计算方法。     

柔性体动力学建模中的过早线性化问题

论述了采用传统动力学建模方法建立空间飞行器柔性附件动力学方程时过早线性化问题,揭示了这种方法建立的动力学方程的缺陷,即失去了一些重的刚柔耦合项,本文采用Ｋａｎｅ方法建立动力学方程的一般公式,并确定了采用传统动力学方法建立动力学方程所失去的项,进一步探讨了工于构件小变形的空间飞行器柔性附件动力学的建模方法。     

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DADS软件的履带车辆动力学仿真

介绍了大型复杂系统动态仿真与设计软件———DADS中的履带模型 ,利用该软件以国产某型坦克为对象 ,给出了对作为复杂多体系统的履带车辆的整车建模的方法并对整车运动进行了动力学仿真 .所得结果表明该仿真方法具有高效、便捷和对系统动力学行为更深入的洞察能力等优点     

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。     

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。     

A new Timoshenko beam model for simulation of mechanical system with large deformation

Beam model has been used widely in computer aided engineering for mechanical systems and the simulation results largely depend on the beam model, there are great demand for beam model with high accuracy and efficiency in simulating the mechanical system with large deformation. In this work, a new model of Timoshenko beam for large deformations is proposed to improve the accuracy and efficiency. Absolute nodal coordinate formulation and Geometrically-exact beam formulation, which make the model very suitable to simulate large deformation mechanical system, are first combined in the new beam model, the governing equations are then discrete by finite element methods and numerical difficulties are well solved by applying the shape function strategy. The new beam model is then applied to simulate the mechanical systems with large deformation and the simulations based on the traditional beam model and hexahedron element were also carried out to verify the results. The results show that good precision and efficiency in simulating the mechanical systems with large deformation can be obtained by the new Timoshenko beam model at the same time. The presented new method also serves as a good foundation for other simulation of mechanical systems.     

变截面Timoshenko悬臂梁自由振动分析

为考虑剪切变形和转动惯量的影响,基于模态摄动法基本原理,提出了一种求解变截面Timoshenko悬臂梁自由振动问题的近似解法。这一方法是利用等截面Euler梁的特征值和模态,将变截面Timoshenko梁特征方程的偏微分方程组转化为代数方程组进行求解,从而得到变截面Timoshenko梁的特征值和模态。该方法适用于求解任意复杂截面型式梁的动力特性,无论梁的截面变化是否连续。随后对截面阶跃变化和线性变化2类变截面梁进行算例分析,数值分析结果表明,这一方法简单、实用,具有良好的精度。     

Motion function reliability analysis of a rotating flexible beam with random parameters

The assumed mode method and stochastic response surface method are combined to analyze the motion function reliability of a rotating flexible beam with random parameters. Firstly, based on Lagrange's equations and the assumed mode method, the rigid-flexible coupling dynamic model which takes the coupling term of the deformation in the expression of longitudinal deformation is studied. Then considering the physical and geometrical parameters under randomness, the probability analysis is made by the stochastic response surface method. The rationality and efficiency of the modeling and the method presented are verified by an example. The results demonstrate that the third order stochastic response surface method leads to good precision with acceptable time consumption compared with the Monte Carlo (MC) method, and that the randomness of density has a greater effect on the reliability of the system.     

七自由度冗余混联机械臂的动力学分析

结合人体手臂关节的运动特点,提出新型七自由度冗余串并混联拟人机械臂机构,并以该机构为例提出混联机构动力学建模方法. 根据运动的传递特性,采用矢量法推导出各个构件在各关节坐标系中的速度和加速度. 基于牛顿-欧拉法在各关节坐标系建立冗余混联机械臂机构的力平衡方程,由于肩关节为过约束机构,所要求解的未知量为27个,基于牛顿欧拉法所建动力学方程为24个. 引入冗余约束力（力矩）引起的杆件变形与动平台位置误差的关系作为补充条件,利用小变形叠加原理补充3个肩关节机构的变形协调方程,联立方程组得到机械臂动力学全解模型. 通过直线、抛物线和圆形轨迹的算例仿真结果验证动力学模型的正确性,为该机构的进一步研究及应用奠定理论基础.     

Stochastic dynamic analysis of a spatial flexible beam

The uncertainty dynamic response of a spatial flexible beam with large overall motion is investigated. The stochastic differential equations of a three-dimensional beam with large overall motion are derived by using the virtual work principle. The polynomial chaos method and monomial cubature rules are applied to derive a set of completely implicit differential equations. Then the polynomial coefficients are obtained by the variable order method and regression method so as to find the numerical characteristics of the response. As an illustrating example, dynamic modeling of a spatial flexible beam by considering the probabilistic of geometric and physical parameters is presented. The accuracy and efficiency of the method are verified by comparing the results with those given by the Monte Carlo simulation method. The results show that the probabilistic parameters have a significant effect on the dynamic response of the flexible beam and that the dynamic modeling with probabilistic parameters can objectively reflect the dynamic behavior of the objective systems.     

基于MATLAB／Simulink的控制系统信号源的建模

针对传统的控制系统信号源仿真建模复杂、计算烦琐等不便，提出了基于MATLAB／Simulink控制系统信号源的建模方法。Simulink是一个高性能的仿真平台，在该环境下的信号源建模简便直观，仿真结果准确。通过实例仿真证明了所提方法的正确性和有效性。