考虑摩擦作用的多柔体系统点--面碰撞模型

提出了考虑摩擦作用的多柔性体系统的点－面碰撞模型,基于Ｈｅｒｔｚ接触理论和非线性阻尼项描述法向碰撞接触过程的动力学特性,利用线性届接触刚度考虑碰撞过程中的摩擦作用。针对作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生碰撞的情况,在考虑刚柔耦合效应的多柔性系统动力学建模理论的基础上,精细研究了系统斜碰撞过程中的动力学行为。     

计及二阶效应的刚柔耦合连杆系统动力学分析

根据虚功原理和达郎伯原理推导了计及二阶效应的柔性单元运动方程,并利用刚化条件得到了刚性梁单元运动方程,给出了刚柔耦合连杆系统动力学建模与分析的方法.对构件刚度相差悬殊的多体系统进行动力学分析时,如若当作多刚体系统分析,会因忽略弹性变形导致结果不准确;当作多柔体系统建模分析求解,则因自由度太多导致方程庞大难求解.可行的方法是:将刚性单元与柔性单元耦合建模,在多柔体系统基础上,引入刚性单元和刚性约束条件,对刚性构件自身的动力学特性进行等效,然后按照一般弹性系统有限元方法集成得到虚拟柔性系统动力学方程,建立过渡坐标与广义坐标关系,消除非独立坐标,得到真实的系统运动方程,降低系统方程维数,提高分析效率.以曲柄滑块机构为例,介绍了计及二阶效应的刚柔耦合系统动力学的建模分析过程.     

平面3-PRR并联机构刚柔耦合动力学研究

在并联机构的动力学研究领域中,传统的多体系统研究主要集中在多刚体领域,对于构件弹性变形对系统产生的影响多进行忽略,这种分析所得结果很难保证机构的运动精度要求。基于多体动力学理论,对可应用于微纳操作领域的3-PRR平面并联机构的刚柔耦合系统进行了研究,分析柔性从动杆对于机构刚体运动的刚柔耦合特性的影响,利用Euler-Bernoulli梁理论,采用假设模态法对机构支链上从动杆的柔性变形进行分析,并利用Lagrange乘子法推导出机构刚柔耦合系统的动力学方程。这种分析方法不但满足机构较高的精度要求,也满足工程中各种问题求解的要求。同时结合实例运用MATLAB仿真计算,直观真实地反映柔性从动杆与刚性构件的动力学特性,验证了所建模型的有效性。     

柔性机器人系统碰撞动力学建模

讨论柔性机器人与其工作环境发生碰撞时的动力学建模问题。以空间链式柔性机器人为研究系统,该机器人由n杆n铰构成,柔性杆的变形用假设模态法表示。引入冲量势,运用拉格朗日方程推导出柔性机器人系统受外冲击的广义冲量－动量方程。结合碰撞恢复系数方程,进一步推导出两个柔性机器人系统发生碰撞的动力学方程。该方程中碰撞冲量和广义速度增量是解耦的,且适合于计算机程式求解。求解方程能得到因碰撞而产生的系统广义速度突变量和在碰撞点处的碰撞冲量。给出柔性机器人与其工作环境发生碰撞的算例,验证了所提出方法的有效性。     

考虑变形耦合的受冲击柔性机械臂动力学建模

将刚-柔耦合体动力学的新建模理论应用于受冲击柔性机械臂的研究。将柔性机械臂简化为弹性梁,在梁的纵向变形中考虑了变形耦合量,计及了这种耦合对大范围运动的影响。利用Lagrange方程建立了机械臂的动力学方程。将受碰撞冲击后柔性机械臂的瞬态响应,作为求解动力学方程组的初始条件。针对刚体模型和柔性耦合模型进行了数值仿真计算,表明柔性耦合模型更加符合实际情况,为柔性机械臂的动力学分析与控制提供了依据。     

回转梁动力学方程求解的数值方法研究

考虑驱动力矩、重力、哥氏力、运动阻力和惯性耦合力，根据考虑横向弯曲变形的Euler-Bemoulli细梁模型，并考虑离心力作用下的拉伸变形，建立回转运动梁的动力学模型。将梁根部的回转角度分解为整体刚性运动回转角度和刚体运动和柔性运动激发刚柔耦合回转角。将梁的柔性振动位移也分解为由整体刚性回转角所激发的动力激励振动和刚柔耦合回转角运动及刚柔耦合项共同激发的刚柔耦合振动。整体刚性回转角和动力激励振动，通过数值方法(如龙格-库塔法)求解，而将刚柔耦合回转角和刚柔耦合振动，通过奇异摄动法求解。通过数值方法和奇异摄动法相结合的方法，能够正确计算刚柔耦合回转角及其对梁振动位移的影响，更精确、深入地分析回转梁的动力学特性。     

空间刚柔耦合并联机构的逆动力学建模与控制

为了提高3-RRRU空间刚柔耦合并联机构的轨迹跟踪精度,提出了一种基于瞬态刚体校正法的逆动力学模型求解方法来构建该机构的非线性控制策略。首先,利用自然坐标法和绝对节点坐标法建立该机构的非线性逆动力学模型,它考虑了各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并能描述柔性梁的大范围非线性弹性变形。然后,通过分析刚柔耦合动力学模型在求解过程中出现的相容性问题,结合自然坐标法与理想运动学模型,提出了瞬态刚体校正法并求出逆动力学模型的稳定数值因果解。最后,基于该数值解构建并联机构的非线性控制策略,通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。仿真与实验结果表明:逆动力学方程组的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8;与刚性并联机构的控制方法相比,该方法在圆形轨迹下的最大跟踪误差降低了0.465mm,圆度误差降低了0.416mm。结果表明:该求解方法解决了闭链机构多体动力学方程的违约问题,有效地改善了系统的综合收敛性能,所构建的控制策略提高了并联机构的轨迹跟踪精度。     

刚柔耦合的提梁机主梁结构仿真研究

基于虚拟样机中的柔性体理论,采用多体系统仿真(MBS)和有限元分析(FEA)协同仿真的方法,运用UG、ADAMS和 ANSYS软件建立刚柔耦合的提梁机虚拟样机模型.通过动力学分析,获得提梁机主梁的模态信息和边界载荷文件,完成了提梁机主梁在大范围刚体运动与局部弹性变形耦合作用下的强度分析,仿真验证了提梁机主梁强度及刚度满足设计要求,为进一步的结构设计及优化奠定了基础.     

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。     

基于ADAMS与ABAQUS的刚柔耦合动力学分析方法

针对ADAMS软件自身生成柔性体功能较差的情况,利用有限元分析软件ABAQUS生成柔性体进行刚柔耦合多体系统动力学分析.介绍了柔性体动力学方程,重点阐述了ABAQUS定义ADAMS用柔性体模态中性文件的步骤以及基于ADAMS与ABAQUS的刚柔耦合动力学分析流程.最后通过某轻型牵引火炮全炮刚柔耦合动力学分析验证了这种方法的有效性.     

A New Flexible Multibody Dynamics Analysis Methodology of Deployable Structures with Scissor-Like Elements

There are vast constraint equations in conventional dynamics analysis of deployable structures,which lead to differential-algebraic equations(DAEs) solved hard.To reduce the difficulty of solving and the amount of equations,a new flexible multibody dynamics analysis methodology of deployable structures with scissor-like elements(SLEs) is presented.Firstly,a precise model of a flexible bar of SLE is established by the higher order shear deformable beam element based on the absolute nodal coordinate formulation(ANCF),and the master/slave freedom method is used to obtain the dynamics equations of SLEs without constraint equations.Secondly,according to features of deployable structures,the specification matrix method(SMM) is proposed to eliminate the constraint equations among SLEs in the frame of ANCF.With this method,the inner and the boundary nodal coordinates of element characteristic matrices can be separated simply and efficiently,especially on condition that there are vast nodal coordinates.So the element characteristic matrices can be added end to end circularly.Thus,the dynamic model of deployable structure reduces dimension and can be assembled without any constraint equation.Next,a new iteration procedure for the generalized-a algorithm is presented to solve the ordinary differential equations(ODEs) of deployable structure.Finally,the proposed methodology is used to analyze the flexible multi-body dynamics of a planar linear array deployable structure based on three scissor-like elements.The simulation results show that flexibility has a significant influence on the deployment motion of the deployable structure.The proposed methodology indeed reduce the difficulty of solving and the amount of equations by eliminating redundant degrees of freedom and the constraint equations in scissor-like elements and among scissor-like elements.     

多体动力学的休斯敦方法及其发展

介绍多体动力学休斯敦方法的核心内容（含低序体阵列、变换矩阵、广义坐标及其导数、运动参数计算和动力学方程等）及其发展,即柔性体的有限段方法及综合模态分析方法。将变形表示为二阶小量形式,基于小变形原理,适时进行线性化,以获取动力刚化项和一致线性化动力学方程。     

柔性多体动力学在工程机械设计中的应用研究

将刚柔耦合多体机械系统动力学建模方法应用于工程机械的动力学建模，获得了一组依赖于广义坐标的微分／代数方程组，此即为多体机械系统动力学模型。求解该方程组，可获得机械系统的运动学参量；再引入有限单元网格划分，通过形函数可建立系统运动学参量与系统结构应变之间的关系；该应变关系可用来计算系统结构的动应力和疲劳寿命。文中给出了实现以上思想的基本程序框图，编制了程序ＤＡＭＳＩ，并以门座式起重机为实例，说明了本文提出的方法的可行性。     

柔性多体系统动力学的递推建模与算法

基于将２种变量的耦合运算降低到最少的数学模型的建立,是解决柔性多体系统动力学数值病态的关键。提出一种柔性多体系动力学的单向递推建模方法。在此基础上提出了一种新的违约校正方法,在数值计算上给予保证,最后,通过对一个闭环柔性多体系统的动力学与控制仿真计算的实现,表明上述方法的可行性。     

闭环柔性多体系统的多点撞击问题

用于结构方法和单向递推组集方法研究闭环的柔性多体系统的多点撞击问题。在撞击过程中,在切割铰中增加撞击铰,导出了以铰坐标和柔性体模态坐标为系统广义坐标的闭环柔性多体系统在撞击阶段的动力学方程。利用相对坐标下约束方程的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子和利用绝对坐标下约束方程的Ｌａ－ｇｒａｎｇｅ乘子相等的关系求出切割铰的约束力,即撞击力。提出了撞击铰的切换方法。计算了卫星太阳电池卫帆板展开锁定时帆板之间多个接触处撞     

多刚体系统运动学分析的自然坐标法及在悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚体系统运动学分析的自然坐标法。利用自然坐标描述多刚体系统时,只需要一些点和一些单位向量,刚体的约束方程和运动副的约束方程组成了多刚体系统的运动学约束方程。约束方程均为线性或二次方程,因此求解方便。文中利用该方法分析了Maepherson悬架的轮胎横向滑移量、主倾内倾角等与车轮上、下跳动距离的关系。     

旋转悬臂梁动力学的B样条插值方法

采用B样条插值方法对旋转悬臂梁的动力学特性进行研究。考虑柔性梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,计入由于横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项。利用B样条插值方法对柔性梁的变形场进行离散。采用Lagrange方程建立系统的动力学方程,并编制旋转悬臂梁动力学仿真软件。进行动力学仿真,将B样条插值方法的仿真结果与假设模态法、有限元法进行比较分析,验证了提出的方法的正确性,并表明B样条插值方法作为变形体离散法在柔性多体系统动力学中具有优良性能和应用价值。     

考虑热效应的柔性多体系统的动力学分析

机械系统因热膨胀和热弯曲引起的热误差是工程研究的一个重要问题。为了研究热效应对柔性多体系统动力学特性的影响,本文首先从虚功原理出发,用假设模态法对平面梁进行离散,在温度变化和y方向的温度梯度已知的情况下,建立了单个柔性梁的动力学变分方程,然后根据各柔性体之间的运动学约束关系,引入拉格朗日乘子,建立了柔性多体系统的第一类拉格朗日动力学方程,并推导了约束力的计算公式。曲柄滑块机构的数值仿真表明:温度变化对系统动力学特性的影响不仅与温度变化率和系统惯量有关,还取决于几何位置。当运动机构趋近于奇异位置时,热效应最为显著。进一步研究表明,温度梯度引起横向变形和横向约束力平均值的变化。     

Maximum allowable dynamic load of flexible mobile manipulators using finite element approach

In this paper a general formulation for finding the maximum allowable dynamic load (MADL) of flexible link mobile manipulators is presented. The main constraints used for the proposed algorithm are the actuator torque capacity and the limited error bound for the end-effector during motion on a given trajectory. The accuracy constraint is taken into account with two boundary lines which are equally offset due to the given end-effector trajectory, while a speed-torque characteristics curve of a typical DC motor is used for applying the actuator torque constraint. The finite element method (FEM), which is able to consider the full nonlinear dynamics of mobile manipulators, is applied to derive the kinematic and dynamic equations. In order to verify the effectiveness of the presented algorithm, two simulation studies considering a flexible two-link planar manipulator mounted on a mobile base are presented and the results are discussed.