考虑多间隙的帆板式展开机构动力学分析

在轨运行的大型航天器都含有太阳翼等帆板式展开机构,这种机构发射时处于折叠状态,在轨时处于展开结构状态。帆板之间的铰链间隙对于航天器系统的在轨动力学行为会产生很大影响。利用Adams多体动力学分析软件构造了由卫星本体、帆板式展开机构、间隙铰链和柔性帆板组成的多间隙帆板式展开动力学模型,数值分析了在多间隙作用下展开过程的系统动力学特性,比较了不同间隙数目对系统动力学特性的影响。通过分析展开过程中铰链轴与孔体的接触碰撞力,发现间隙的增多会使轴孔碰撞更加强烈,次数更加频繁。通过分析帆板展开过程中的角加速度变化情况,得到了间隙铰碰撞对展开机构运行稳定性的影响。     

考虑多间隙的帆板式展开机构动力学分析

在轨运行的大型航天器都含有太阳翼等帆板式展开机构,这种机构发射时处于折叠状态,在轨时处于展开结构状态。帆板之间的铰链间隙对于航天器系统的在轨动力学行为会产生很大影响。利用Adams多体动力学分析软件构造了由卫星本体、帆板式展开机构、间隙铰链和柔性帆板组成的多间隙帆板式展开动力学模型,数值分析了在多间隙作用下展开过程的系统动力学特性,比较了不同间隙数目对系统动力学特性的影响。通过分析展开过程中铰链轴与孔体的接触碰撞力,发现间隙的增多会使轴孔碰撞更加强烈,次数更加频繁。通过分析帆板展开过程中的角加速度变化情况,得到了间隙铰碰撞对展开机构运行稳定性的影响。     

空间绳网捕获过程动力学与仿真研究

空间绳网是一种新型的在轨捕获技术,对解决日益紧张的空间环境问题具有重大意义。基于有限元法,将绳网离散为若干绳段单元,通过对单元的受力分析,推导得到了空间绳网的动力学模型。应用罚函数法建立了绳网与目标的碰撞动力学模型。采用ABAQUS有限元软件建立了空间绳网与捕获目标的仿真模型,并实现了捕获过程的动力学仿真,提出了空间绳网捕获效果评价指标,重点讨论了绳网对于不同目标捕获过程的差异。仿真结果表明:空间绳网与球体目标的碰撞力最大,对于正方体目标包裹性最好,并且碰撞后正方体目标的速度和位移增量最大。     

柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振

讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前,结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在接触、碰撞持续过程,考虑空间机械臂与卫星间的运动几何关系、力传递关系,并基于动量守恒关系,分析接触、碰撞对空间机械臂系统刚性运动和柔性振动状态的影响效应。在接触、碰撞后,根据空间机械臂与目标卫星的相互作用内力关系,建立两者混合体系统的综合动力学模型,并针对上述接触、碰撞的影响效应,基于奇异摄动理论将混合体系统综合动力学模型分解为快、慢变子系统,其中,快变子系统表征系统柔性振动,慢变子系统表征系统刚性运动,并对慢变子系统设计镇定运动的径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络控制算法,而对快变子系统设计振动主动抑制的线性二次最优控制算法。数值仿真证实上述控制算法的有效性。     

基于ADAMS的含间隙柔性酒瓶装箱机构的优化设计与动力学仿真

基于ADAMS仿真软件平台,对酒瓶装箱机构进行了建模仿真,并以抓头加速度最小为目标函数对机构进行了结构优化。基于间隙矢量模型,考虑运动副间隙和杆件柔性的影响对酒瓶装箱机构重建模型,并基于非线性碰撞接触力模型建立了构件接触处的碰撞接触力与位移关系,得到了运动副间隙和杆件柔性对机构运动特性及动力学特性的影响规律。结果表明:当同时考虑运动副间隙和连杆柔性时,柔性杆对轴销和轴套的碰撞有一定的缓冲作用,从一定程度上消减了运动副间隙对目标点运动特性的不利影响。     

基于ADAMS的食品输送链啮合接触动力学分析

针对食品输送链传动过程中存在的啮合冲击问题,基于赫兹接触理论,建立了啮合冲击的非线性弹簧阻尼碰撞动力学模型,给出了主动链轮上啮合冲击力幅值以及啮合冲击力表达式。借助动力学仿真软件ADAMS对系统在不同转速下的啮合接触效应进行仿真研究,分析得出工作边各链轮与滚子啮合接触时的接触力变化规律情况,仿真结果与实际工况符合,可靠性高。通过将仿真与建立的动力学模型理论计算结果对比,发现理论值与仿真值相对误差在合理范围之内,动力学模型较可靠。     

考虑关节固体润滑的在轨装配机械臂振动特性及优化控制

面向大型空间结构在轨装配任务的空间机械臂对末端动态性能有很高要求。基于半物理仿真试验修正关节接触力，建立了考虑固体润滑特性的含关节轴向尺寸和间隙的机械臂动力学模型。通过仿真研究机械臂在不同结构参数与工况参数时重力及重力释放下径向振动特性的差异，并针对在轨装配过程中频繁启停的操作需求，分析变负载启停时的振动特性，以改善动态性能为目标，给出了优化控制方法。     

锥杆式对接机构对接过程动态特性有限元分析

综合考虑对接速度和对接角度在航天器对接过程中对锥杆式对接机构动态特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了锥杆式对接机构多体接触有限元模型。基于显式动力学有限元算法,采用全积分单元进行沙漏控制,通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度,对锥杆式对接机构进行动态特性分析,得出了对接机构在对接过程中的动态响应及结构体的应力波动。分析结果表明:对接机构的动态特性参数会随对接速度及对接角度的增加呈现递增趋势;锥杆式对接机构的锥孔尺寸会引起对接过程中机构动态特性发生显著变化。     

空间机器人捕获航天器操作的避撞柔顺无源神经网络H∞控制

研究了空间机器人在轨捕获非合作航天器过程避免关节受冲击破坏的避撞柔顺控制问题。为此在关节电机与机械臂之间配置了一种柔顺机构--旋转型串联弹性执行器(RSEA),可通过其内置弹簧的变形来吸收捕获过程目标航天器对空间机器人关节产生的冲击能量;结合所设计的开、关机控制策略可保证关节冲击力矩受限在安全范围内。首先利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法分别获得了捕获前空间机器人及目标航天器的分体系统动力学模型;之后,结合冲量定理、系统运动几何关系及力的传递规律,建立了捕获后两者形成混合体系统的动力学模型,并计算了碰撞过程的冲击力矩;最后,基于无源性理论提出了一种神经网络鲁棒H∞避撞柔顺控制策略以实现失稳混合体的镇定控制。数值仿真结果表明,配置柔顺空间机器人在捕获碰撞阶段最大可减小61.9%的关节冲击力矩,最小也可减小47.8%;而在镇定运动阶段,各关节冲击力矩均受限在安全范围内,实现了对关节有效地保护。     

80MN快锻液压机结构动态特性分析

针对高频次锻造工况下作业的80MN快锻液压机结构动态特性要求高等问题,基于ANSYS动力学分析的原理,并考虑到动力学分析需要占用的计算机资源大,简化了活动横梁装配,忽略了导向架,对活动横梁与立柱接触结合部x方向采用耦合连接,活动横梁底面覆盖一层目标单元,锻件顶面覆盖一层接触单元,形成接触对;活动横梁的初始速度设置为15 mm/s,加速度设置为537 mm/s^2,加速度的加载采用阶梯加载方式,同时考虑结构预紧力对结构分析的影响,建立了其结构动力学分析的有限元模型,进行了结构在动载荷作用下的动力学响应分析计算,获得了液压机结构的动应力分布规律和变形分布规律.研究结果表明,结构动态最大位移值约为最大静态位移值的2倍,结构在动态载荷下的应力也约为静态的2倍,发现了结构刚度薄弱环节,为在设计过程中更加合理地布置结构刚度,提供了理论依据.     

卫星对接捕获的地面微重力验证系统

以航天器（卫星等）在轨服务的对接捕获操作为研究背景,介绍了两卫星对接捕获系统及其对接捕获的接触动力学特性。基于硬件在环仿真原理,采用两地面工业机器人建立了两卫星对接捕获操作的地面微重力验证系统,模拟了在太空微重力环境下两卫星对接捕获操作过程中的接触碰撞的情况。利用该地面微重力验证系统,通过专门针对卫星火箭发动机喷嘴的接捕获机构实现了两卫星对接捕获操作。实验结果验证了在空间微重力环境下,基于硬件在环仿真原理建立的地面验证系统对卫星对接捕获验证实验的有效性。     

履带行动系统动力学建模方法及性能仿真

提出了履带行动系统的动力学建模方法,分析了履带板与机构内各部件之间的接触碰撞力模型;对于履带板与软质地面之间的作用力模型,开发了履带板地面作用力子程序,分析得到以三维矢量力表达的履带地面作用力,实现了在软质地面下的履带行动系统的性能仿真.该工作提高了履带行动系统样机设计及性能分析的准确性和效率.     

多轴齿轮传动系统的动力学仿真分析

以多点成形压力机中多轴齿轮传动调形单元为例，研究了传动系统输出响应的动态特性。从齿轮传动的基本原理出发，系统地分析了多轴齿轮传动系统的动力学模型原理，提出了基于齿轮副接触算法的动力学仿真模型。利用仿真模型建立的虚拟样机模型，综合考虑了多种影响动态响应的因素。仿真结果和理论分析结果相一致，所使用的仿真方法及得到的分析结果对工程设计及性能校核具有重要的参考价值和指导意义。     

基于仿真的船舶分段建造动态空间调度

为缩小船舶分段空间调度计划与实际作业安排之间的差别,提出了一种基于仿真的船舶分段建造动态空间调度方法。针对分段建造的不同阶段,在分析影响因素的影响形式基础上提出了动态调整策略,包括定位延时策略、进度控制策略和吊运等待策略,调整分段建造过程以适应影响因素的作用。构建了船舶分段建造仿真模型,实现了分段建造在影响因素作用下动态空间调度的仿真。以实际数据为输入进行仿真分析,结果表明,该方法制定的调度计划与实际作业情况接近,且能够为分段生产计划优化调整提供指导。     

车用永磁同步电机三维温度场分析

为了研究车用永磁同步电机的温度场,以一台额定功率为25kW的车用永磁同步电机为研究对象,基于传热学基本理论,建立其三维求解域模型,通过仿真分析,得出了电机额定工况下的温度场及温升变化,并对连续变功率工况下的电机内关键部分的温升进行仿真分析,以研究车辆实际行驶时电机温度场的变化情况。通过搭建的实验平台,对电机工作在额定工况和连续变工况条件下的温升进行了测试。经对比分析,实验数据与仿真数据误差较小,验证了仿真的正确性。     

航天相机等效试验模型的研制

为了检验空间遥感相机的动力学特性,需要对相机与飞船进行动力学耦合试验。为了确保相机的试验安全性,拟首先采用相机的试验模型进行动力学耦合试验,这就带来了相机试验模型的设计问题。通过对空间遥感相机的力学分析,提出了对相机试验模型的力学特性要求。利用UnigraphicII软件实现了模型与原型的质量等效, 并通过分析相机几何参数对相机与飞船耦合模态的灵敏度,采用经典理论解析分析法和固有频率优化法,实现了对试验模型与原型的刚度等效,使得试验模型与飞船的耦合振动和相机与飞船的耦合振动相似。该试验模型的成功研制方法,将对类似的动力学耦合试验起到一定的参考作用     

星载活动部件用轴承的失效仿真分析及试验验证

为了对长寿命卫星活动机构固体润滑轴承进行寿命评价,首先结合赫兹接触理论研究了轴承失效的物理量化模型;其次,通过计算机仿真手段从轴承动力学的角度模拟其安装于单机载荷上的实际工况,得到轴承内部接触摩擦特性及受力特性变化规律;最后,通过试验及得到的相关数据对仿真结果进行闭环验证。研究结果验证了该类固体润滑轴承动力学建模方法的正确性,为低速固体润滑类轴承内部润滑失效提供了定量的判据,并为最终提高二维扫描机构寿命的方法提供了借鉴。     

球笼式等速万向节仿真分析方法研究

为了研究球笼式等速万向节的动态特性,基于CATIA和ADAMS软件平台,针对一种新型的交叉沟道式等速万向节实例进行多体系统动力学仿真分析。首先基于CATIA软件建立实体模型,利用接口软件SimDesigner将实体模型导入ADAMS软件中;然后采用非线性弹簧阻尼模型建立法向接触力,基于修正的Coulomb摩擦力模型考虑间隙处的摩擦作用;最后对该实例进行仿真计算,验证结构设计的正确性与合理性。     

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。