计及环境特征的柔性多体系统动力学理论

对柔性体非线性变形场进行了描述,将柔性体变形场表达为直至变形广义坐标的二阶小量的形式,基于Kane方程建立了任意形状柔性体动力学方程。采用Huston的低序体阵列描述多体系统的拓扑结构,以此为基础进行系统的动力学分析,同时依据Kane方程建立了一般柔性多体系统的动力学方程。在建立一般柔性多体系统动力学方程的基础上,研究了计及环境特征的柔性多体系统,将环境特征作为外部约束引入柔性多体系统,建立了带有约束的一般柔性多体系统动力学方程。     

计及变形耦合的双连杆柔性机械臂动力学模型

根据连续介质的几何非线性变形原理,结合柔性多体系统建模理论的最新进展,在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑了横向弯曲变形以及轴向伸缩变形的耦合作用,对一双连杆柔性机械臂系统,将其简化为柔性梁结构,利用有限元法和Lagrange方程,得出不同于传统零次近似方程,也不同于一次耦合动力学方程的新方程, 并可将此方程拓展到多杆机械臂系统。模型包含了二次耦合附加项,并且由于增加了变形耦合量,对柔性梁产生了“软化”作用,使得柔性机械臂模型不同于传统动力学模型。最后,计算仿真说明了这种差异,揭示了新模型的特点和有效性。     

计及非线性变形的空间自由旋转梁有限元模型

根据柔性梁的几何非线性变形理论,针对大范围运动的空间柔性梁,在考虑了弯曲和扭转的非线性因素对3个变形方向的影响的基础上,利用有限元方法进行离散,得到了较为精确的变形模式。利用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程,该方程包含了较为完全的刚度矩阵和各种耦合项。对一带有扭转弹簧的中心体-空间柔性梁结构进行仿真计算,说明变形耦合在横向变形中的作用不可忽视。     

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题,柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点,应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势,应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型,将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题,从而实现对柔性机构动态特性的分析。     

柔性机械臂的动力学分析与实验研究

采用有限段方法建立柔性机械臂的离散模型，以基于Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法建立柔性机械臂的动力学方程。在方程中，计入几何非线性变形的惯性影响，包括非对称花面当量弹性力对于广义主动力的贡献。求解过程引入相对位移的模态变换以提高计算效率。以单柔性机械臂为例，进行动力学仿真与实气研究。结果表明数值计算结果与实验结果吻合良好。     

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.     

计及动力刚化的柔体动力学

提出两种计及动力刚化影响的动力学建模方法；有限段方法和一致线性化动力学方法。分析了这两种动力不主动力刚化的机理，有限段方法将柔体动力学问题转化为带有柔性的多刚体体系统动力学问题，计及了几何非线性的影响，适合于解决梁式结构的动力学问题；一致线性化动力学方法将变形场描述成为变形广义坐标的非线性形式，在适当的阶段线性化，可得到一致线性化动力学方程，自然计及了动力刚化项，适合于柔体的小变形问题。     

非线性变形对大范围平面运动梁动力学特性的影响

根据柔性梁的几何非线性变形理论,从连续介质的力学原理出发,针对大范围运动的平面柔性梁,考虑了弯曲的非线性因素对横向变形的影响,得到了较为精确的变形模式。利用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程。仿真算例说明横向变形的非线性因素会对柔性梁的变形位移产生影响。     

计及非线性变形的刚-柔耦合动力学建模

考虑变形产生的几何非线性效应对运动柔性梁的影响，在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用，从非线性应变-变形位移的原理出发，说明增加耦合变最后，剪应变为零，由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。并采用有限元离散，通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。最后对一带有中心体的柔性梁，在大范围运动为自由和大范围运动为已知两种情况下进行仿真计算，结果表明，在结构有初始变形的情况下，仅在纵向变形中计及变形二次耦合量的一次动力学模型，与考虑完全几何非线性变形的文中模型具有一定的差异。     

柔性机械系统动力学的变形耦合方法

采用弹性广义坐标耦合形式描述柔性构件的变形场 ,引入非线性位移 -应变关系确定新的形函数 ,使柔性体广义变形坐标 -应变成为线性关系 ,采用这种线性形式描述柔性体的应变能。将含变形广义坐标二阶项保留到求出偏 (角 )速度后再线性化 ,根据Kane方程建立了基于小变形的柔性机械系统动力学一致线性化模型。对含柔性梁的急回机构动力学进行了仿真研究。仿真结果表明曲柄在一些特定转速下 ,柔性梁出现失稳 ;在某些转速时 ,柔性梁动响应具有拍频特征。     

计及二阶效应的大位移柔性梁杆系统动力学分析

结合小变形条件下梁杆单元精确有限元方法和大位移随动坐标法,建立了计及二阶效应的大位移运动柔性梁单元的动力学方程.首先从小变形结构入手,建立考虑二阶效应的柔性梁压弯力学模型,推导出二阶理论条件下平面压弯梁的精确有限元方程,进而获取二阶理论条件下梁单元精确刚度阵.运用大位移随动坐标法建立大位移几何非线性弹性梁杆单元平衡方程,使用柔性多体动力学的相对描述方法推导大位移梁单元在局部坐标系下的动力学方程.通过结点位移、速度和加速度在随动坐标系与整体坐标系间的相互关系得到梁单元在整体坐标系下的包含二阶效应的动力学方程.对某型港口起重机臂架系统的变幅工况进行了计及二阶效应的弹性动力分析.     

机械系统动力刚化机理分析

采用计及变形约束的非线性运动学分析方法及传统分析方法建立简单柔性机械臂线性化的动力学方程。笔者认为：运动的柔性机械构件春变形运动的耦合产生动力刚化，传统分析方法失去了刚体运动与弹性振耦合的动力刚化项；如果在建立运动学方程时，计及运动学的非线性项，至少要计及振动坐标的二阶小量，将非线性保留到适当阶段，再线性化，熊猫是到一致化性化的动力学方程，这种方法适合于机械系统件的小变形问题，对动力刚化的研究实际     

平面柔性多体系统完全动力学问题的回转键合图法

介绍平面柔性多体系统完全动力学问题的回转键合图法。给出了综合考虑刚弹性及多种能域相互耦合的平面柔性多体系统键合图模型的建立方法,推导出了便于计算机自动生成的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式,克服了非线性几何约束及微分因果关系给建立系统状态方程及运动副约束反力方程所带来的代数环问题。回转键合图法特别适合于多种能域并存的系统。通过实例说明了方法的有效性。     

含有柔性齿轮节点的多体系统动态模型

研究发展了通过将具有非线性柔性节点的多体系统离散为有限单元进行建模的方法。将连续元件的节点描述为特殊的节点单元，而非传统的非线性约束方程，节点单元可以方便地考察节点本身的柔性和元件之间复杂的时变接触。描述了非线性柔性铰接节点和齿轮节点单元的定义；建立了柔性多体系统的动力学模型，以实例展示了该方法的应用和分析精度。     

机械臂挠性的一种模拟方法

采用有限段刚体对挠性进行离弹性小变形情况下，应用广义欧拉角描述臂的弯曲和扭转变形，用线位移描述剪切和纵向变形，这种描述通过建立在各段质心的附体坐标系的空间关系来实现。利用Ｋａｎｅ方法分析模拟系统的动力学特性进而建立梁式构件的多刚体模拟系统的动力学方程。采用Ｃ语言编制计算机程序，在微分方程组的求解中，应用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ积分程序，计算了梁式构件的人武部动态历程。以欧拉梁为例验证了该模拟方法     

板带轧机刚体柔体耦合振动系统的建模研究

板带连轧机组是由多个工作机座及其辅助设备组成的复杂工作系统,其中每个工作机座都是一个多变量、非线性动态系统,并通过板带与其相邻的工作机座相互作用。板带轧机系统可视为由机架、液压装置、辊系、运动板带等多个刚体和可变形体组成的柔性多体机械系统。轧制过程中,轧机辊系发生振动的同时还与其接触的轧件存在相对运动。因此在动力分析中,轧机辊系与机架间板带的弹性变形和刚性运动相互耦合作用。综合考虑辊系的垂直运动、轧辊的转动以及板带刚性运动和弹性变形,通过动力学分析,实现柔性多体机械系统中刚体和可变形体位移场的描述,进而确定由于系统构件刚性运动与弹性变形同时作用引起的强非线性惯性耦合与刚度耦合作用规律,建立板带连轧机柔性多体系统耦合振动机理模型,分析耦合作用下辊系的动态响应和轧机工作稳定性,为实现轧件厚度动态控制提供理论依据。     

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。     

基于多刚体离散元模型的柔顺机构动力分析新方法

柔顺机构是部分或者全部由其构件的预期弹性变形来传递运动和力,这使得构件的弹性变形一般都较大。它的分析一般属于几何非线性问题。基于弹性体的多刚体离散元模型,研究了柔顺段和柔顺机构的多刚体离散元建模方法,推导了柔顺机构系统的一般控制方程,该方程可以解决柔顺机构的特征频率和几何非线性变形问题。并给出了算例,计算结果表明多刚体离散元方法能较好解决柔顺机构的几何非线性静力学和动力学分析。     

起重机变幅系统柔性构件非线性计算方法的研究

起重机变幅系统柔性 构件的非线性对构件自身及相关构件的受力有较大影响，因此提出了求解柔性构件的非线性 计算方法，使计算结果更符合实际情况。     

超重机变幅系统柔性构件非线性计算方法的研究

起重机变幅系统柔性构件的非线性对构件自身及相关构件的受力有较大影响，因此提出了求解柔性构件非线性计算方法，使计算结果更符合实际情况。