基于绝对节点坐标法的柔性梁结构动态特性参数灵敏度分析

大尺寸柔性梁结构的刚度与材料力学特性和截面尺寸直接相关。考虑柔性梁结构的大变形特征,研究的材料参数和截面特性对其运动学和动力学的灵敏度特性具有重要的意义。基于绝对节点坐标法,对定截面梁单元进行建模,利用非线性介质力学方法推导其刚度矩阵,建立柔性梁结构动力学方程。基于直接微分法分析单摆梁末端对材料弹性模量和梁单元截面特性的灵敏度,利用灵敏度曲线,对梁结构的可靠性进行计算。结果表明,随着材料弹性模量的逐渐增大,单摆梁末端最低值对其灵敏度逐渐减小并趋向于0;单摆梁对截面高度的灵敏度比截面宽度更大,随着截面宽度和高度的增大,单摆梁末端最低值对其灵敏度逐渐减小并趋向于0。通过响应面及灵敏度曲线获得特定阈值下梁结构的参数值并分析其可靠性。     

基于绝对节点坐标法的钢索结构动力学模型与特性

基于绝对节点坐标法并引入高阶位移插值函数,建立可描述钢索截面变形和旋转的钢索单元模型。考虑重力,计算轴向载荷下钢索结构变形及动态迟滞效应,采用准静态实验和动态载荷下的解析解验证了模型合理性。对不同载荷、结构参数及材料特性的钢索进行了准静态变形和动力学响应迟滞仿真分析。结果表明：轴向载荷下钢索结构的刚度主要受其直径影响,初始张力和钢索长度对变形的影响有限,动态响应迟滞时间由其自身长度及材料特性决定。相同条件下采用大直径钢索并适当增大初始张力,可在一定程度上增大钢索结构刚度,减小传动过程中的末端变形,改善长距离工况下钢索的传动性能。     

改进的绝对节点坐标平面梁有限元传递矩阵法

针对大运动柔性梁的动力学问题,采用绝对节点坐标有限元法建立了非线性单元动力学方程。在单元动力学方程中节点广义加速度和节点广义内力之间呈线性关系,基于此并结合结构力学传递矩阵法,提出了全新的绝对节点加速度平面梁有限元传递矩阵法。与传统有限元传递矩阵法相比,方法的传递矩阵和时程积分方法无关,便于不同常微分方程数值方法的引入。最后通过大运动小变形梁算例验证了此法。     

基于绝对节点坐标法的钢索-滑轮系统动力学模型与响应迟滞特性

钢索-滑轮系统间的非线性接触特性严重影响了长距离软式传动系统变形及动态响应迟滞效应的准确计算。基于绝对节点坐标法建立了三维高阶钢索单元模型。在此基础上,建立了钢索-滑轮系统的动态接触模型,应用Hunt-Crossley接触模型计算法向接触力,采用LuGre微变模型计算较低相对运动速度下的切向接触力,准确描述了钢索与滑轮接触由动摩擦向静摩擦的转变过程。仿真结果与准静态实验结果的对比验证了模型的准确性,分析了钢索材料参数和末端载荷对钢索-滑轮系统动态响应以及钢索末端位移的影响。结果表明,钢索-滑轮系统的动态响应延迟时间由钢索材料特性及末端载荷决定;钢索末端位移主要受钢索刚度及末端载荷影响。相同条件下采用小比重钢索材料,适当增加末端载荷以增大钢索结构刚度,可减小系统传动中钢索的末端位移,有效提高钢索-滑轮传动系统的传动性能。     

空间站离心机带传动系统多体动力学分析

带传动通过柔性体传递动力与运动,具有振动小、传动平稳等优点。将空间站变重力实验柜中的核心组件——离心机的带传动系统进行多体动力学分析,通过带的离散化建立虚拟样机,进行仿真,获得位移、速度、加速度、拉力、接触力曲线,研究该带传动运动特性,从而为该传动系统的设计和优化提供帮助。     

基于多项式混沌方法的柔性多体系统不确定性分析

研究了柔性多体系统的参数不确定性问题。采用绝对节点坐标方法来描述柔性体的变形,运用多项式混沌方法对柔性多体系统进行不确定性分析。通过理论分析与算例研究,对比了多项式混沌方法与广泛使用的Monte Carlo方法的精度和效率。结果表明,在相同精度要求下,多项式混沌方法在复杂柔性多体系统不确定性分析中效率更高,在工程分析中更具实用价值。     

带传动试验机的改进设计

对原有电封闭式平皮带试验机测量滑差率和效率的误差分析之后，提出了其改进的设计方案，并重新试制，使新式试验机测量滑差率和效率的准确率比原来提高了很多倍。     

行星齿轮传动机构动力学分析

针对混合动力汽车行星齿轮减速机构,采用集中质量法构建其多自由度系统的动力学模型.在时变啮合刚度和齿频误差激励下,将多自由度振动系统的动力学方程转化为系统的状态方程和传递函数方程.采用变步长四阶Runge-Kutta法及机械阻抗法,借助MATLAB仿真工具箱,对振动系统进行了时域和频域数值仿真,获得了系统的动态响应和齿间动载特性.仿真结果表明,太阳轮浮动改善了齿间动载,使其在各行星轮上的分布趋于均匀;刚度波动幅值越大,系统振动越严重.     

摩擦带传动弹性滑动的动力学分析与试验

带传动广泛用于各类机械,但因其在工作中具有弹性滑动的固有特性而导致传动系统的传动比不精确、传动效率下降。为了了解带传动产生弹性滑动的机理和影响弹性滑动的因素,建立了传动带弹性变形的动力学模型和运动学模型。截面分析法表明,传动带紧边和松边的拉力差是带传动产生弹性滑动的根本原因。在CQP-B型带传动试验台上进行的带的初拉力、带轮转速和负载等因素对带传动滑动率影响的正交试验表明,这三个因素对带传动滑动率的影响是同等重要的;而且带的初拉力越大、带轮转速越低、负载越小,带传动的弹性滑动率就越小,反之越大。上述研究结果为分析、设计带传动系统提供了一定的理论依据和试验基础。     

含间隙多连杆机构刚柔耦合动力学建模与分析

针对间隙和柔性构件对多连杆机构动力学响应的影响,研究了一种适用于多连杆机械式压力机的平面六杆机构。建立了转动副间隙矢量模型,通过Lankarani-Nikravesh法向接触力模型和改进的库伦摩擦力模型建立了转动副间隙处的碰撞力模型。基于绝对节点坐标法建立了柔性梁单元模型,通过拉格朗日乘子法建立了含间隙机构的刚柔耦合动力学方程,并通过Adams虚拟仿真软件验证了动力学模型和理论分析的正确性。研究间隙值和摩擦系数对机构动力学响应的影响,利用相图、Poincare映射图和分岔图对机构的非线性特性进行分析,结果表明,随着间隙值的增大和摩擦系数的减小,机构受到的影响越大,产生的响应峰值越高,同时转动副间隙处的混沌现象有所增强。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

天线座多柔体动力学建模与仿真分析

天线座作为支撑天线阵面探测目标的传动机构,是机械扫描雷达的一个典型部件,其动力学响应特性直接影响天线波束的指向精度。文中基于ADAMS仿真软件,以第1类Lagrange（拉格朗日）方程为建模理论,建立了天线座多柔体系统动力学模型,分析了天线座齿轮副接触力、转动角速度、转动角加速度等动力学响应特性,并与天线座多刚体动力学模型仿真结果进行了对比分析。仿真得到的天线座动力学典型数据与试验结果基本一致,表明文中采用的多柔体系统动力学建模方法及建模过程合理。该动力学建模方法可供后续类似结构设计借鉴和参考。     

带有空间伸展机构的复杂航天器柔性多体动力学分析

依据Ｋａｎｅ方程,提出带有多个柔性矩形板的复杂航天器的动力学建模方法。该方法是依据３个假设条件得到的,通过引入矩形板在中面内不可伸展的假设,并在适当的阶级进行线性化处理,可在动力学方程中自然地引入“动力刚化”项,数值仿真的结果为航天器的设计提供了重要的理论依据,本方法也可推广到其它多柔性系统。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

基于线性互补与罚函数皮带传动动力学研究

针对目前皮带传动动力学响应模型计算时效性差、不能贴近实际工况等问题,运用线性互补理论与罚函数方法对皮带传动系统中皮带与传动轮之间的接触进行模拟,引入基于绝对节点坐标法的平面梁单元对传动带进行建模,研究皮带传动接触过程中动力学特性的变化规律。分析结果表明:皮带传动系统动力损失明显,在初始阶段被动带轮角速度存在明显波动,传动稳定后被动带轮转速趋于稳定;由于皮带存在弯曲强度,驱动带轮包角范围内新型计算条件下单位长度法向作用力和摩擦力在驱动带轮传动接入和传动退出时存在明显波峰,贴合实际工况;皮带传动过程中,在相对速度为零时,驱动带轮与皮带为黏滞阶段,在相对速度大于零时,驱动带轮与皮带为打滑阶段。     

基于分段连续ANCF缆索单元的输电线缆动力学建模与仿真

在绝对节点坐标缆索单元和Bézier/B样条几何体关系的基础上,构造了分段连续的ANCF缆索单元。单元形函数为分段连续函数,给出了其递推形式的定义式。单元在内节点处的连续性取决于单元节点坐标的选取以及形函数的定义方式。给出了单元弹性力及其对节点坐标雅可比矩阵的定义。进而采用该单元,建立了输电线缆架设过程中断线工况的动力学分析模型。可以实现用一个单元表示整条电缆线,从而在动力学仿真程序中避免了反复进行的单元到系统的集成及系统到单元的离散过程。用静力学分析计算得到输电线缆在重力、张紧力等外力共同作用下达到平衡时的节点坐标值,将其作为初值输入给动力学仿真程序,以模拟张紧力对输电线缆动力学行为的影响。建立了静、动力学仿真算例验证了单元的准确性,并给出了输电线缆的动力学仿真结果。     

基于RecurDyn的摆线泵刚柔耦合多体动力学仿真分析

针对摆线泵设计中接触应力难于通过理论公式计算的问题,基于多体动力学软件RecurDyn,建立了某型摆线泵内外转子的刚柔耦合接触动力学仿真模型,通过仿真获得了内外转子在啮合过程的动态接触应力及节点应力历程曲线,分析了内外转子之间的接触应力的变化规律,并校核了转子齿面接触疲劳强度。研究结果表明,刚柔耦合接触动力学分析技术为研究摆线泵内外转子传动过程中真实接触区域的力学特性提供了一种切实可行的研究方法。     

含皮带传动的行星传动系统建模及动力学分析

针对行星传动系统在使用过程中系统结构复杂、制造精度要求高以及在长距离动力传递过程中局限性较强等问题,根据传统行星齿轮传动的特点,建立一种新型包含皮带传动的行星传动系统,并对其运动学及动力学特性进行建模,最后针对系统主要参数速比、结构尺寸对系统工作特性的影响规律进行研究。研究结果表明,对于后续含皮带传动的行星传动系统设计具有一定指导意义。     

基于ADAMS的柔性传动轴系扭转振动分析

基于多体动力学分析软件ADAMS,建立了柔性传动轴系的虚拟样机模型,分析了弹性联轴节对系统自振频率的影响,为有效地避免轴系因扭转共振产生破坏失效提供理论依据。