一类并联机床整机结构动力学建模方法研究

研究了一种外副驱动的3平动自由度并联机床整机结构动力学建模方法。该方法借助子结构综合思想，将整机结构划分为机架、连杆和动平台三个子结构，用有限元法分别构造各自的动力学方程，再利用变形协调条件得到考虑机架弹性的整机动力学模型。该方法可避免采用商用有限元软件必须针对不同位形重新划分网格的局限性，便于揭示结构参数对低阶模态的影响及其在整个工作空间内的变化规律，故为这类机构一结构耦合复杂时变系统的动刚度快速预估和动态设计奠定了坚实的理论基础。     

脉冲子结构法在ABAQUS中的实现

日益庞大复杂的结构对动力学建模仿真和动力学结构优化提出了更高的要求。脉冲子结构方法是一种能保持与精细化模型同等精度且求解高效的动态子结构方法,采用脉冲子结构法可以有效的提高计算效率。本文借助ABAQUS子程序接口UAMP使连接界面处的连接力和运动状态信息可以在子程序和主程序间传递,从而实现脉冲子结构和有限元子结构之间的连接模拟,将脉冲子结构法整合到ABAQUS当中,提高脉冲子结构法的易用性。通过数值算例,验证了连接模拟的正确性和高效性。     

基于子结构法的升船机主传动系统的动力学建模

用动态子结构法对三峡升船机的主传动系统建立动力学模型。把整个系统分为8个一级子系统,每个一级子系统又分为4个二级子系统,建立每个二级子系统的动力学模型,利用边界条件,层层组装,最后组合成完整的动力学方程。     

梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。     

具有非线性减振器的弹性双层隔振系统建模

运用多体动力学理论、动态子结构方法,同时考虑中间质量弹性和隔振器刚度与阻尼非线性,建立一个弹性双层隔振系统动力学新模型。对所建模型进行编程计算,求出其在冲击激励下响应,并与有限元计算结果比较分析,验证所建力学模型正确性与合理性,在此基础上进一步分析中间质量弹性和非线性隔振器对双层隔振系统冲击响应影响。     

一种针对含非线性子结构多点耦合运输包装系统的解耦方法

目的 考虑到运输包装系统耦合形式复杂,包装材料及包装结构具有非线性特性,不容易测量局部物理参数,需要对传统逆向子结构方法进行优化,使之能够求解非线性多点耦合系统中子结构的动态响应特性。方法 使用描述函数法将非线性的运输包装系统线性化,测量其在若干特定振动幅值下的频率响应函数;之后,应用逆向子结构方法和参数识别方法,计算包装件的模态参数;最后,拟合包装件模态参数与振动幅值之间的关系,构建函数来描述包装件的动态响应特性。结果 在集总参数模型中,解耦预测值与实际值吻合;在有限元模型中,对响应峰值的预测误差小于5%,对响应跳跃现象所在频率的预测误差小于3%。结论 该研究将传统逆向子结构方法的应用范围拓展到了非线性多点耦合系统,对复杂运输包装系统动力学模型的构建和防振包装的设计具有指导意义。     

动态子结构高效集成的主动力和界面力处理方法

在现有的船舶水弹性子结构分离与集成方法中,主船体结构的振动采用以模态广义坐标为变量的动力学方程进行描述,船内子结构的振动采用以空间物理位移为变量的动力学方程进行描述。通过两者的边界连接条件进行综合集成时,会遇到模态空间与物理空间的转换集成问题。针对该问题,提出了"虚拟模态"方法,一方面可以使动态子结构集成计算精确,另一方面可大幅减少子结构集成的计算量。理论上,该"虚拟模态"方法适用于其他领域类似的动态子结构集成计算问题。最后,通过数值算例,对该"虚拟模态"方法的正确性和适用性进行了验证。     

变截面梁多次碰撞响应的动态子结构方法

该文考虑多次碰撞过程和多次分离过程,考虑阻尼对变截面梁运动的影响,将动态子结构方法推广应用于变截面梁的多次碰撞响应问题,导出了模态坐标表示的变截面梁-弹簧碰撞系统动力学方程。采用Newmark隐式积分方法进行求解,研究了开启-关闭过程中簧片阀与升程限制器和阀座的多次碰撞现象,碰撞动力学响应,以及阀片厚度及中空部分尺寸对阀片开启和关闭动作的影响。数值收敛性结果和与三维动力有限元方法的对比分析结果表明,该动态子结构方法可合理、有效地分析变截面梁的多次碰撞响应问题,适用于研究时间跨度较长的变截面梁多次碰撞问题,以及阀门结构的优化设计计算。     

基于试验数据的频响函数综合法概述

利用子结构方法对舰艇上复杂隔振系统进行建模分析时,因子结构的复杂性而无法准确获取其动力学模型,一种解决办法是采用试验测得的子结构频响函数数据进行基于频响函数的子结构综合。为提高子结构频响函数测试结果的精度和基于试验数据的频响函数综合结果的精度,采用频响函数综合算法、子结构频响函数测试误差的消除方法、子结构转角自由度频响函数的测试、频响函数数据的测试及影响因素等几个方面进行总结,并采用基于试验数据的频响函数综合法对一复杂隔振系统进行建模分析,得到较好的效果。可在进行实际隔振系统的子结构测试和综合时提供参考。     

基于重复子结构的缝合式夹芯板动态特性计算

根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有限元模型进行对比,验证方法的计算精度和效率。研究了初始子结构外部节点选取、残余结构位置选取、初始子结构尺寸选取对重复子结构建模及分析结果的影响。结果表明:针对具有重复性单胞的缝合式夹芯板结构,利用重复子结构进行动力学建模,残余结构的选取具有不唯一性,且初始子结构外部节点数量越多,重复映射过程越少,计算精度和计算效率越高;当初始子结构外部节点选取比例为50%时,相比较复合材料结构的精细化建模方法,可以提高结构动态分析效率。      

并联机床的动力学特性对加工精度影响的分析

为了提高并联机床的加工精度,分析了并联机床的动力学特性对加工精度的影响。根据牛顿—欧拉方程,得到并联机床的动力学方程,解得连杆的驱动力;根据杆件轴向伸长量与受力之间的关系,得到连杆的长度误差;以无长度误差的连杆长度为优化目标,用优化的方法,得到动平台的位姿,并与连杆有长度误差时动平台的位姿比较,得动平台的位姿误差;根据刀具在动平台坐标系中位置,得刀具加工位置误差及对被加工零件精度的影响。结果表明：并联机床连杆的长度误差,引起刀具加工位置误差,使被加工零件产生形位误差和尺寸误差;并联机床电主轴偏心引起连杆的长度误差的扰动,产生刀具加工位置的扰动误差,影响被加工零件的表面粗糙度。     

数控机床整机动态特性评价方法

动态特性是衡量机床性能的一项重要指标,但目前并没有较好的数控机床整机动态特性评价方法。利用真实的动态切削力对数控机床进行激励,能够快速获取机床在切削力作用下的动态特性。鉴于切削参数会影响各频率成分对应的切削力幅值,基于不同工件材料和切削参数下的动态切削力,建立动态激振力模型,通过分频段激励来检验数控机床在不同频段下的动态特性。通过有限元仿真分析,判断数控机床在各个频段下的动态特性;对振动信号进行快速傅里叶变换,得到机床振动时的主要频率成分,为优化机床动态特性提供指导;对比各种动态切削力激振下不同机床的动刚度,评价不同机床动态特性的优劣。最后,通过激振试验验证了仿真结果的准确性。结果表明上述方法简单实用,能快速评价数控机床的动态特性,具有一定的实用价值。     

Evaluation method of dynamic characteristics of whole NC machine tool

The dynamic characteristics is an important index to measure the performance of machine tools.However, there is no better method to evaluate the dynamic characteristics of whole NC (numerical control) machine tool. Through the excitation of real dynamic cutting force to the NC machine tool, the dynamic characteristics of the machine tool under the action of cutting force can be quickly obtained. In view of the fact that the cutting parameters would affect the amplitude of cutting force corresponding to each frequency component, a dynamic excitation force model was established based on the dynamic cutting forces under different sample materials and cutting parameters.The dynamic characteristics of the NC machine tool in different frequency bands could be tested by frequency band excitation. Through the finite element simulation analysis, the dynamic characteristics of NC machine tool in each frequency band was judged. The main frequency components in the vibration of machine tool were obtained by fast Fourier transform of vibration signal, which could provide guidance for optimizing the dynamic characteristics of machine tool. The dynamic stiffness of different machine tools under excitation of various dynamic cutting forces was compared to distinguish which machine tool had better dynamic characteristics. Finally, the simulation results were verified by the excitation test. The results indicate that the above method is simple and practical, and can quickly evaluate the dynamic characteristics of NC machine tool, which has certain practical value.     

《结合部系统的混沌与分岔的研究》

研究了机床导轨结合部系统的非线性动力学行为。考虑到系统在实际接触振动过程中具有滞回模型的特点,建立了分析该类系统的数学模型,并应用渐进法求出系统的等效阻尼和等效刚度系数。采用Range-Kutta法对系统方程进行了数值计算,并讨论了系统在改变阻尼条件下的非线性动力响应问题。最后发现阻尼在一定范围内变化时,系统会出现混沌运动。     

冲击压路机减振系统的参数化仿真研究

 为了减小冲击压路机作业时引起的冲击与振动,仿真研究了减振系统参数对作用于牵引车的冲击载荷的影响特性．通过分析冲击压路机的结构和作业特点,建立了减振系统的动力学方程．在UG软件中建立整机的实体模型,然后将其导入多体动力学仿真软件ADAMS中,建立包含轮胎与地面的动力学模型,在典型工况下仿真了整机的动力学特性,将仿真结果与试验数据对比,验证了模型的正确性．通过参数化设计研究方法将模型参数化,仿真分析了减振系统的刚度、阻尼参数变动时牵引载荷的变化,获得了参数影响的灵敏度曲线和载荷曲线,给出了参数值的合理范围．结果表明,系统的第1级阻尼和第2级刚度对牵引载荷的影响较大,整机仿真模型能够模拟冲击压路机的实际工况,为工程优化提供参考．     

Dynamic dragline modeling for operation performance simulation and fatigue life prediction

In this study, the three-dimensional (3D) dynamic dragline models are developed for investigating the dynamic dragline performance and front-end structural strength. A virtual prototype of the dragline is created by the dynamic integration of the mechanical and electrical system models using Newton–Euler equations. The mechanical model is modeled as a rigid multi-body system to catch the major kinematics and dynamics behavior of the whole dragline. The electrical model is employed to represent the motors and controls. The dragline front-end is modeled as a flexible multi-body system for the structural strength evaluation using Lagrange equations and finite element analysis (FEA) method. A co-operative simulation (co-simulation) is carried out with the dragline motion, electrical motor/control and the structural flexibility models. The major motions, the machine behavior, the machine operation loads, and structural member stresses are recovered from the simulation. The results of stress-time history are used for structural fatigue life evaluation by Palmgren–Miner’s rule. The results show the boom structural members have lower fatigue lives than tri-structure structural members. The study is significant to provide a solid foundation for further study of failure life analysis of the whole dragline components.     

安装在多层厂房机床的隔振和吸振研究

本文着重研究机床上楼后非刚性基础的隔振和吸振问题。从非对称多支承系统出发,应用子结构传递矩阵法,分析系统结构噪声的传递特性。以两根内阻尼小的两端固定梁作为非刚性基础,通过动力吸振器的最优设计,使最容易出故障的基础频率附近的总传递率下降约30dB,成功地实现了负反馈控制。     

Modified drum–buffer–rope scheduling mechanism for a non-identical parallel machine flow shop with processing-time variation

The drum–buffer–rope (DBR) is a scheduling mechanism under the Theory of Constraints (TOC) philosophy. In DBR, ‘drum’ is a production schedule on the capacity-constrained resources (CCRs), which controls the speed of production for the whole system; ‘rope’ is a mechanism to release the required material to the CCRs; and ‘buffer’ is used to protect the CCRs from starvation due to statistical fluctuations. For a non-identical parallel machine flow-shop environment, estimating an efficient rope and time buffer for DBR implementation is not an easy task because of the complexity of non-identical parallel machine loading. This paper proposes a new scheduling method, which is called the modified DBR (MOD-DBR). It applies a backward finite capacity scheduling technique, including machine loadings and detail scheduling, instead of the rope mechanism in DBR. The scheduling performances of MOD-DBR are evaluated under variable processing time situations. The experimental results indicate that the MOD-DBR without a time buffer outperformed the DBR with a considerable level of buffer on the average flow time, while they have the same performance on tardiness, constraint resource utilization, and throughput.     

机器学习方法的CO2并行压缩系统最优控制

为了研究一种高效的跨临界CO2并行压缩系统的控制方法,本文借助GT-SUITE仿真软件,建立了跨临界CO2并行压缩系统的动态仿真模型,基于仿真得到的系统性能数据集,建立并对比了二阶多项式模型和神经网络模型的系统性能预测模型,并基于神经网络模型开发了跨临界CO2并行压缩系统的模型预测控制器,研究控制器对系统控制稳定性、高效性、实时控制的性能。结果表明：在模型预测控制器作用下,不同制冷工况在150 s内系统能达到稳定运行状态;对比定值控制,采用模型预测控制的系统性能最大提升13.3%;仿真验证了提出的模型预测控制策略对于CO2并行压缩系统实时控制性能优化的可行性,在给定工况下相比对定值控制整体提升性能7.3%。