中心刚体-柔性梁刚柔耦合动力学模型降阶研究

有限单元法被广泛的采用来描述柔性体的弹性变形,然而有限元节点坐标数目庞大,将会给动力学方程求解带来巨大的计算负担.如何降低柔性体的自由度,是当前柔性多体系统动力学研究的一个重要命题.本文以中心刚体-柔性梁系统为例,采用Krylov方法和模态方法进行降价.然后分别采用有限元全模型、Krylov降阶模型和模态降阶模型,对中心刚体-柔性梁进行刚-柔耦合动力学仿真.仿真结果表明,与采用模态降阶方法相比,采用Krylov模型降阶方法只需要较低的自由度,就可以得到与采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov模型降阶方法能够有效的用于柔性多体系统的模型降价研究.     

基于Lagrange法的刚体与柔体动力学对比研究

对于机器人、航天器和车辆悬架部件等一些多体系统来说,其中一些部件的大尺寸、轻型化趋势使得传统的刚性体建模已经难以准确地模拟实际的工况,将部件所具有的柔性特性加入到多体系统模型中进行柔体动力学仿真,由于考虑了部件弹性变形与大范围刚性运动之间的耦合,故可以得到部件更为真实的动力学行为.文中通过与基于Lagrange法的刚体动力学基本方程进行对比研究,详细说明了柔体动力学方程中上述的耦合作用.以某大型雷达可展开天线为例,分别在刚体和柔体的假设下对其展开运动进行动力学仿真,结果表明采用柔性体仿真更能真实反映其动力学特性.     

柔性臂动力学模型中单杆的质量—弹性杆简化模型的讨论

多自由度串联柔性臂是强非线性系统 ,动力学模型往往很复杂 .这样的动力学模型对控制系统很难提供有效的设计依据 .因此系统模型降阶问题是柔性臂研究的热点问题 [1～ 3] .模态展开法是模型降阶中常采用的方法 .模态的求解及截断问题较复杂 .本文针对特定构型的柔性臂提出了一种简化的集中质量 -弹性杆动力学建模方法 ,并与模态展开法进行了比较 .结果表明 ,在类似的结构中这种方法有很好的精度     

哑铃型航天器刚-柔耦合动力学建模与仿真分析

为满足深空探测的需求,需要构建一种全新的哑铃型航天器.由于构型和质量分布的差异,传统"中心刚体+柔性附件"动力学模型将不再适用,因此必须针对该构型建立一种高效准确的动力学模型.本文基于小变形假设,利用浮动坐标法,采用多体系统动力学单向递推组集方法,建立了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学模型.该模型考虑了哑铃型航天器的轨道-姿态-变形之间的耦合效应,保留了全部变形高次耦合项.通过采用本文方法建立的"刚体-桁架-刚体"模型和已有的两种哑铃型航天器模型,对典型算例进行动力学仿真和比较.仿真结果表明,本文模型很好地反映了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学特性,末端物体的转动惯量将会影响系统的动力学响应,不能简单忽略.本研究将为哑铃型航天器的总体设计,特别是控制规律的设计,提供重要的技术支持.     

航天器帆板展开过程动力学建模与仿真

阐述了应用柔性多体动力学和Kane方程进行航天器帆板展开过程建模的方法，将帆板视为柔性体并进行模态分析，采用有限元法与模态缩聚技术建立了帆板的离散化模型．以国产某型号航天器为例，同时考虑4块帆板的柔性，应用ADAMS软件对帆板的展开过程进行了建模与仿真，得到了帆板的变形、大范围运动等动力学参量，为航天器帆板的设计提供了一定的依据．     

考虑刚-柔-热耦合的板结构多体系统的动力学建模

对热载荷作用下中心刚体与大变形薄板多体系统的动力学建模问题进行研究.基于Kirchhoff假设,从格林应变和曲率与绝对位移的非线性关系式出发,推导了非线性广义弹性力阵,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的有限元离散的动力学变分方程.为了考虑刚体姿态运动、弹性变形和温度变化的相互耦合作用,推导了热流密度与绝对节点坐标之间的关系式.引入系统的运动学约束方程,建立了中心刚体-矩形板多体系统的考虑刚-柔-热耦合的热传导方程和带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日动力学方程.为了有效地提高计算效率,将改进的中心差分法和广义-α法相结合,求解热传导方程和动力学方程,差分后的方程通过牛顿迭代法耦合求解.对刚-柔耦合和刚-柔-热三者耦合两种模型的仿真结果进行比较表明,刚体运动对温度梯度和热变形的影响显著.此外,本文建模方法考虑了几何非线性项,因此也考虑了热膨胀引起的轴向变形对横向变形的影响.     

计及环境特征的刚-柔机械臂动力学建模方法与理论研究

基于Kane方程推导建立了在惯性参考坐标系中的刚—柔机械臂的非线性动力学模型 ,并利用假设模态的方法对方程进行离散 .在对刚—柔机械臂进行主动柔顺控制时 ,柔性机械臂要受到未确知外部环境的约束 .本文建立了计及环境特征的一般柔性多体系统动力学模型以及计及环境特征的刚—柔机械臂动力学模型 .     

基于刚-柔混合模型的300T铁水车动力学仿真

为保证300t铁水车的安全运输,采用刚-柔混合动力学模型研究了该车的动力学性能.以I-DEAS软件为柔性体仿真平台,ADAMS/Rail软件为多刚体系统仿真平台,给出了创建刚-柔混合动力学模型的技术路线,采用在系统外将所关心的对象柔性化的建模方法建立了某公司研制的特种车辆-300t铁水运输车的刚-柔混合动力学模型.基于刚-柔混合模型的动力学仿真结果表明:弹性轨道对该车运行平稳性和曲线通过性能的影响大于柔性转向架对运行平稳性和曲线通过性能的影响.因此,对这类特种车辆进行动力学仿真应采用弹性轨道.当计算规模很大无法考虑转向架的柔性效应时,仅使用弹性轨道所获得的结果也能达到相当的精度.     

计及环境特征的刚一柔机械臂动力学建模方法与理论研究

基于Kane方程推导建立了在惯性参考坐标系中的刚一柔机械臂的非线性动力学模型，并利用假设模态的方法对方程进行离散．在对刚一柔机械臂进行主动柔顺控制时，柔性机械臂要受到未确知外部环境的约束．本文建立了计及环境特征的一般柔性多体系统动力学模型以及计及环境特征的刚一柔机械臂动力学模型．     

基于Virtual.lab的柔性并联机器人仿真平台

为了实现柔性并联机器人的快速可视化建模,提供柔性并联机器人动力学分析的新途径,针对柔性并联机器人系统内刚体、柔体耦合的难点,利用Virtual.lab软件对VBA的支持及其处理机械系统弹性动力学问题的优势,结合数据库技术、参挝数化建模原理和柔性并联机器人动力学仿真的特点,对Virtual.lab软件进行二次开发,建立柔性并联机器人动力学仿真平台,可实现柔性并联机器人动力学特性的分析.该平台操作简单,建模效率高,计算速度快,便于机械工程师在机械设计中使用.为柔性并联机器人结构优化设计及运动学、动力学规划指标的确定提供科学依据.