三维含摩擦多刚体碰撞问题的数值计算方法

由于碰撞过程中切向冲量的方向会发生变化, 一般情况下三维含摩擦的多刚体碰撞问题需要通过数值计算的方法来确定碰撞结束时最终冲量. 以法向冲量作为独立变量建立碰撞过程中的动力学方程, 以Poisson给出的恢复系数的定义作为碰撞结束的终止条件, 建立了处理一般多刚体系统含摩擦碰撞问题的数值计算方法. 通过数值计算和定性分析展示了碰撞过程中切向运动随法向冲量演化的各种运动模式.     

二维细杆的变结构动力学

通过约束加载和卸载的变结构方法来处理由接触、碰撞和摩擦导致多刚体系统在速度水平的非光滑动力学问题, 并从接触、碰撞和摩擦等方面介绍二维问题的变结构方法,最后提供了二维细杆在粗糙水平面上运动的动力学算例。     

步进冲量法

复杂的切向运动模式是多刚体碰撞和冲击问题的主要特征之一。介绍了一种处理多刚体系统冲击问题的数值计算方法,它保留了位形不变假定,把冲击过程离散成多步来计算,每一步允许法向冲量有一个微小的增量,每一步都要判断接触点处是滑动还是黏滞。此方法能够合理地给出多刚体系统碰撞的跳断规律。     

基于绝对节点坐标的柔性体碰撞仿真

绝对节点坐标法是柔性多体系统中的一个重要建模方法,柔性体的碰撞技术在多体动力学仿真中有着重要的应用。该文建立了对绝对节点坐标的梁、板单元的几何体划分方法,利用检测几何体之间的碰撞信息,基于Hertz接触碰撞理论,给出了碰撞力计算表达式。在自主开发的多体动力学求解程序中嵌入碰撞计算模块,从而实现了基于绝对节点坐标的柔性体与柔性体、柔性体与刚体之间的碰撞仿真。应用算例的计算结果表明:该碰撞技术能有效处理梁、板和刚体之间的相互碰撞问题,既能研究碰撞过程中梁/板的动力学响应,同时又能方便提取碰撞力等碰撞信息,因而进一步扩大了绝对节点坐标法在工程中的应用范围。     

考虑摩擦的平面多刚体系统的冲击问题

由于经典的多体系统冲击动力学的方法无法在冲击的瞬间计算摩擦力的积分,所以在考虑滑动粘滞、反向及保留经典的近似冲击假定的情况下,通过采用分段分析的方法,得到含摩擦的平面多刚体系统的冲击问题的理论解,即根据冲击的初始条件及几何特性,以及作者提供的公式,可以直接得到冲击后的动力学响应。     

受到多点打击的非理想离散系统冲击动力学

研究受到多个打击的离散系统考虑库仑摩擦时动力学的求解方法.当离散系统受到冲击时,若约束为非理想时,摩擦作用点的滑动速度的变化及黏滞现象会带来相应的摩擦力方向的变化,所以按照经典的离散系统的冲击动力学的方法无法处理在无限小的冲击时间内摩擦力的积分问题.在引入新的无量纲的时间参数后,通过建立相应的动量-冲量的一阶微分方程,在趋近于零的冲击区间的讨论变为在有限区间中来分段研究含滑动-黏滞的冲击过程,得到了受到多点打击的离散系统考虑库仑摩擦时的动力学的求解方法,即根据冲击前的初始状态无需回到繁琐的微分方程的求解便可以得到冲击后系统的动力学响应.给出了计算流程及算例.     

航炮弹链中的碰撞动力学

该文利用刚体动力学理论和经典碰撞理论，研究了发生在航炮弹链系统中的两类碰撞问题，即外碰和内碰。通过引进“虚拟弹体”的概念，把多点碰撞中的两类问题合而为一，并利用碰撞关联矩阵，将碰撞动力学方程解耦，导出了用于计算冲量、冲量矩、弹体的角速度和线速度增量的公式。该文采用的方法，可以适用于一切多刚体系统的碰撞动力学中，具有理论价值。     

弹性系统之间碰撞的终了速度

本文首次引用单位脉冲响应函数建立系统碰撞终了时刻碰撞点的速度计算公式,以及系统内部任一自由度的速度表达式,并将它们推广到振动系统的内部碰撞问题的求解。文中引入了碰撞等效质量的概念,使弹性系统的碰撞公式与质点碰撞具有相同的形式,并将公式应用于多刚体系统,导出了碰撞等效质量的计算式,还讨论了针碰撞和摩擦碰撞问题的处理技巧。     

含接触碰撞的变拓扑系统动力学仿真

利用计算多体系统动力学理论对变拓扑系统进行建模,引入拓扑切换条件解决以接触碰撞为特征的多刚体系统动力学的变拓扑问题,实现变拓扑系统的连续仿真.同时,考虑到复杂机械系统中存在着多处的机构干涉和限制,提出了多体系统的接触碰撞模型,研究了多体系统接触碰撞的处理方法,得出了一种有效碰撞点的近似计算方法.     

充液航天器试验的三维数值分析

对自旋充液航天器地面气浮台试验的动力学特性进行了分析和计算。以刚体系统的动量矩定理和流体运动的基本方程为基础，考虑液体晃动、涡旋、重力、离心力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素的影响，并运用Ｐｆｅｉｆｆｅｒ推广的关于流体均匀涡旋运动的理论，导出了液体晃动的边值问题和流固耦合旋转系统运动的联立微分方程组。运用边界元方法求解了重力场中部分充液偏置贮箱内液体晃动的三维边值问题，并将系统运动的联立微分方程组交换后化为广义特征值问题来求解。从而求得液体晃动的能量耗散率和系统的章动时间常数。     

Energetic Coefficient of Restitution for a Planar Two-Body Oblique Collision with Friction

Although the coefficient of restitution was originally thought to be only a material property, the coefficient of restitution also depends upon initial conditions as well as on the frictional effect for oblique collisions. The objective of this paper is to demonstrate a method for obtaining the coefficient of restitution for oblique collisions and thereby to provide a theoretical guide for collision experiments. In this paper, we derive expressions for the energetic coefficient of restitution ( e* ) based on general normal contact deformation law, by which the value of e* can be obtained according to the initial conditions. An example shows that the results calculated by the derived expressions are reasonable.     

岩石球砾与平板碰撞法向恢复系数

落石法向恢复系数是运动轨迹分析的关键参数。为研究碰撞速率和材料参数对落石法向恢复系数的影响,基于球板碰撞模型,在考虑材料弹塑性基础上建立岩石球砾法向恢复系数理论模型,并利用ABAQUS模拟球板碰撞过程,监测岩石球砾碰撞前后速率的变化。研究结果表明:数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,最大差值在5%以内。随着碰撞速率的增大,岩石球砾法向恢复系数逐渐降低,且下降速率逐渐减小;球砾法向恢复系数随着弹性模量的增加而减小,随着弹性极限的增加而增大,且均呈线性关系;泊松比对球砾法向恢复系数影响较小。     

金属微粒与电极碰撞恢复系数的理论和实验研究

金属微粒是降低气体绝缘金属封闭输电线路(GIL,gas insulated transmission lines)绝缘强度的关键因素之一,研究金属微粒与电极的碰撞恢复系数可为微粒陷阱等金属微粒抑制措施提供理论基础。基于弹塑性变形理论,给出了法向恢复系数和切向恢复系数计算公式,并通过碰撞恢复系数测量平台研究了微粒材质特性、微粒直径以及碰撞速度对碰撞恢复系数的影响规律,实验测量结果验证了理论计算公式的可靠性。理论计算和实验测量表明:按金属材质铝、铜、钢的顺序,法向碰撞恢复系数逐渐减小,切向碰撞恢复系数逐渐增大;法向碰撞恢复系数和切向碰撞恢复系数均与微粒直径呈负相关;同一斜碰撞角度下,法向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加而减小,切向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加先减小后增加,并且不同斜碰撞角度下的法向碰撞恢复系数或切向碰撞恢复系数变化规律类似。文中关于碰撞恢复系数的计算方法可为微粒陷阱等工程设计提供理论支撑。     

含非定点碰撞的平面多自由度机械臂系统运动学与动力学研究

研究多自由度平面机械臂系统的非定点碰撞问题。据机械臂系统的几何特点, 得到相对简单的检验何时、何处发生接触碰撞的方法, 避免一般多体系统确定接触碰撞点的繁琐的迭代搜索过程。运用拉格朗日方法推导非碰撞及碰撞阶段的动力学方程, 并引进牛顿恢复系数, 建立描述含有光滑碰撞过程的机械臂系统运动过程的一般性框架。最后对算例进行数值模拟证实该方法的有效性。     

建立多刚体系统动力学方程方法的等价性

比较了多种建立多刚体系统(简称多体系统)动力学方程的方法,结果表明Kane方法是一种较好的方法。进一步研究了多体系统动力学方程的几何意义,为改善动力分析的数值计算精度打下基础。     

滚动轴承保持架不稳定性分析

本文对保持架不稳定进行了分析，找出了保持架不稳定性的主要理论依据，提出了油膜厚度、粘性力、稳定性系数及恢复系数的计算公式。用恢复系数及摩擦系数建立了稳定曲线，给判断保持架稳定性提供了依据。影响保持架不稳定性的主要因素有磨损、碰撞和振动。     

小球与均质定轴杆的非完全弹性碰撞

讨论了小球与定轴转动细杆碰撞过程中所遵从的物理规律,给出了非完全弹性碰撞的一般公式,分析了碰撞位置和恢复系数对小球和细杆的运动状态的影响,计算了系统的动能损失率,并讨论了其随撞击位置和恢复系数的变化关系。