柔性多体系统碰撞动力学研究

摘 要：针对工程中常见的柔性多体系统碰撞过程,详细的分析了柔性多体系统的接触碰撞条件,基于非线性等效弹簧阻尼模型建立了柔性体的碰撞模型,并基于库仑摩擦模型考虑两体碰撞时的切向摩擦作用。在此基础上把柔性体碰撞模型综合到柔性多体系统动力学方程中,建立了含接触碰撞的柔性多体系统动力学模型,此模型适用于一般含碰撞的多体系统。仿真算例以柔性梁在重力场中的接触碰撞过程为对象进行动力学仿真,研究柔性梁碰撞前、碰撞过程及碰撞后的动力学特性和动态响应,以及碰撞过程碰撞力的变化规律,并与刚性梁在重力场中的接触碰撞过程进行详细的比较和分析,结果表明基于非线性等效弹簧阻尼模型建立的柔性多体系统碰撞动力学模型可以有效的分析接触碰撞过程的动力学性能,验证了模型的有效性和正确性。     

绳控多模块固面天线展开动力学分析与优化EI北大核心CSCD

针对一种扭簧驱动的双绳控固面天线,建立了基于欧拉-拉格朗日方程的天线展开动力学模型,研究了绳索张力对天线展开运动参数的影响。对绳控天线反射面系统的完整展开过程进行动力学仿真,得到仿真中的展开情况与数值计算结果相符,验证了理论模型的正确性。为了使天线反射面充分展开,采用序列二次规划算法(sequential quadratic programming,SQP)分别在无绳和有绳控制系统中,对驱动扭簧进行优化设计,通过优化使得展开更为合理并减少了反射面的展开包络空间。研究表明,通过引入绳索系统能够提高天线展开过程的稳定性,有效降低了各铰链关节处的负载峰值。研究结果可为绳控固面天线的展开过程设计提供理论指导,并具有实际工程意义。     

一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究

绳牵引摄像机器人具有索单向受力、冗余驱动以及高速机动等特性,因而其稳定性问题的研究与解决是一个难题。现有的研究中,大多没有考虑摄像机器人的高速稳定运动特性及控制方法。为此,提出一种基于末端位置空间PD修正前馈控制规则保证摄像机器人的稳定运行。通过牛顿-欧拉法建立了末端执行器的动力学方程以及驱动系统的动力学模型;在此基础上得到了整个系统的动力学模型;在系统动力学模型的基础上,提出基于末端位置空间PD修正前馈控制规则的绳牵引摄像机器人跟踪控制策略,通过Lyapunov稳定性理论论证了控制策略的稳定性;通过数值算例说明了摄像机器人的稳定跟踪性能,并且验证了控制策略的有效性。     

基于冲击碰撞模型的空间对接半物理仿真真实性验证方法

为了精确定量研究空间对接动力学半物理(HIL,Hardware-In-the-Loop)仿真系统的仿真结果真实性问题,利用无阻尼弹性碰撞动力学模型构造了空间对接动力学半物理仿真的验证模型,提出了描述半物理仿真系统仿真真实性的评价参数,并推导了计算公式。设计了用于半物理仿真试验研究的验证机构,较详细阐述了试验验证方法。建立了空间对接动力学半物理仿真的试验验证系统。在试验系统的水平和铅锤两个平动自由度上,进行了半物理仿真验证试验研究。验证试验结果及试验系统调试过程表明:所阐述的空间对接动力学半物理仿真系统的验证思想和方法是可行的和实用的。     

直升机抗坠毁试验假人下肢动力学性能的计算机仿真研究

下肢动力学性能研究是直升机抗坠毁试验假人研制过程中的重要课题。在对直升机坠撞事故中飞行员下肢损伤分析的基础上,通过建立具有我国50 th百分位飞行员参数特征的假人下肢有限元模型,按试验要求对下肢动力学性能进行仿真分析;将仿真结果分别与假人下肢动力学性能参考指标及试验结果比较,发现该下肢模型具有较好的生物拟合性,表明采用有限元法对假人下肢动力学性能分析的有效性和可行性。由于直升机坠撞事故中人体下肢损伤形式较复杂,该研究对将来能实现多方位碰撞损伤评价的假人下肢动力学性能研究具有一定指导意义,对假人其他部位动力学性能的仿真研究也具有重要参考价值。     

电机传动机构动力学建模、仿真与实验验证

摘要：建立正确的电机动力学模型是分析系统稳定性和动态特性的基础。考虑到用电设备工作时的脉冲电流是发电机传动机构扭转振动的主要激励源,利用集中参数法建立了某型交流发电机的动力学模型,并在MATLAB环境下对其进行动态仿真分析,得到脉冲电流作用下弹性轴冲击扭转振动的力矩曲线与扭转角曲线。通过对仿真结果的对比分析,发现适当增大弹性轴的轴径,可以有效缓解弹性轴扭转力矩的振动峰值,并提高系统的频率裕度。最后,通过动态测试实验,验证了电机动力学模型与仿真结果的有效性。     

基于Hertz接触力模型的惯性平台内框架组件失稳倒台动力学建模与仿真分析

针对惯性平台内框架失稳倒台故障,基于Hertz接触力模型建立内框架组件倒台时的动力学模型,全面分析了倒台时内框架与挡块的碰撞力变化过程。之后使用Ansys Workbench仿真软件,建立并分析平台内框架失稳倒台的动力学模型。计算出在倒台过程中挡块的应力分布云图。将两者相比较,证明了所建立的动力学模型以及各项分析的正确性,为后续的平台设计提供了重要的参考。     

铁道车辆含故障参数的非线性动力学模型

随着铁路高速重载的提出,货车转向架的非线性动力学问题日益突出,货车系统动力学性能和安全运行已是亟需研究的课题。本文分析三大件转向架容易损坏并发生故障的关键部件的故障形式,重点分析了二系悬挂减振装置中的磨耗故障的发生。建立了含有故障参数的39自由度货车车辆非线性动力学模型。通过对其进行大量的数值仿真,考察系统动力学响应和相应故障参数变化之间的关系,以此为基础探讨研究故障机理的新思路。     

基于姿态变化的列车侧风安全性研究的新方法

针对列车空气动力学与列车系统动力学联合同步仿真的耗时问题,提出一种新的基于Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)的列车空气动力学与列车系统动力学联合仿真方法。首先,分别建立列车侧风计算流体动力学模型和列车多体系统动力学模型。然后,通过参数传递、求解控制和动态网格的使用实现列车侧风计算流体动力学和列车多体系统动力学的联合仿真,其中列车系统动力学模型不考虑轨道激励,侧风环境下列车以平衡状态逐步逼近最终平衡状态,从而以更快的计算速度得到侧风环境下列车的稳定姿态和该姿态下的气动载荷。最后将此气动载荷加载到列车多体系统动力学模型,并考虑轨道激励,进行动力学分析,评价侧风环境下列车的安全性指标。     

圆弧齿锥齿轮接触动力学分析

运用三角网格方法重构了三维离散的圆弧齿啮合齿面模型。基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了考虑全齿面动态接触关系的螺旋锥齿轮三维接触动力学模型和动力学分析方法。运用三角网格单元接触的包围盒搜索技术和微分代数方程求解方法,仿真分析了单侧齿面接触、双侧齿面接触、负载扭矩和齿侧侧隙等因素对齿轮啮合传动特性的影响,获得了圆弧齿啮合全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明：新方法和动力学模型较好地模拟了圆弧齿锥齿轮的承载特性和啮合接触动力学特性,对以动力学特性为目标的圆弧齿锥齿轮设计和齿轮系统动力学研究提供了理论参考。     

空间卷曲折叠管充气控制展开动力学研究

充气展开管是大型空间充气展开结构的基本支撑部件,该文针对柔性卷曲折叠管,采用刚体平面运动理论分析了有无阻尼控制的展开过程,并提出了分段式充气控制体积有限元模型,模拟了空间环境下卷曲折叠管的展开动力学。最后对卷曲折叠管在阻尼控制下进行了充气展开测试,试验结果与数值模拟结果相一致。这表明:采取一定控制展开的卷曲折叠管能作为空间充气展开结构的控制展开方式;数值模拟是有效的,可为空间环境下的展开过程提供一定依据。     

Improving Product Design Using Quality Function Deployment: The School Furniture Case in Developing Countries

This paper presents a quality function deployment (QFD) analysis of the design of school furniture in developing countries, using Costa Rica as the baseline. The dynamic hierarchy process model for QFD was used to help the product development team make effective decisions in satisfying the requirements of the customer constrained by limited resources. A number of total quality management (TQM) tools were employed during the development of the school furniture solution. A dynamic, cross-functional team organization was used. A simple form of quality function deployment was used to identify the desirable product design, safety, and service features.     

低轨道系绳卫星展开过程仿真分析

就空间系绳卫星系统ＴＳＳ展开过程特别是系绳子卫星初始展开阶段,对动力学特性及张力控制规律进行了研究,在此基础上进行了多参数仿真,由于采用了尽可能真实的参数及可靠的初始条件,仿真结果具有较高的可信度,为进一步研究和开发ＴＳＳ提供了依据。     

可展开薄膜结构折叠方式和展开过程研究

薄膜材料广泛运用于太空可展开航天器,薄膜的折叠和展开分析是其中的关键技术。从树叶的仿生学出发,提出薄膜结构的几种折叠方式。建立弹簧-质点系统描述薄膜材料,模拟薄膜结构的展开过程。薄膜展开过程中薄膜不可避免地发生自身的接触碰撞,提出了自接触对的判别准则,采用罚函数法有效地解决薄膜自接触问题。分析了三种折叠方式的薄膜的展开过程,并进行比较,叶外折叠方式和Miura折叠法比较适合平面薄膜的折叠。     

基于折痕特性的柔性结构展开过程分析

研究展开过程中的折痕特性,并在弹簧质点系统基础上,提出一种基于折痕展开特性的简化分析模型,将平行折叠的柔性结构转化为折痕上的质点及连接的弹簧．分析了折痕刚度对展开的影响,给出完全展开的判定准则及通用拓扑关系,并推导了理想展开时点的运动轨迹．应用本模型对正四边形柔性结构在边框张拉受力下进行展开分析,利用自编程序通过特定功能模块实现非理想展开过程仿真．仿真展开过程与理论轨迹基本相符,验证了分析模型的合理性．并对展开过程中的受力、变形进行分析,探讨了折痕刚度对模型展开的影响．拓展了弹簧质点系统的应用范围,为柔性结构的分析、建模及仿真给出建议．     

基于能量动量方法的空间薄膜结构的展开分析

基于能量、动量以及动量矩(角动量)守恒定律,该文对传统的拉格朗日方程进行了修正,将能量动量法应用于空间薄膜结构的展开分析中,该方法不仅保证了计算的精度和数值积分的稳定,而且在薄膜的非线性变形分析中,将小刚度模型引入薄膜的褶皱松弛分析,同时考虑了气体的热力学性能、气体与薄膜的耦合作用以及薄膜的自接触等问题.通过对充气管的...     

重力梯度稳定卫星伸展动力学研究

针对重力梯度卫星姿态控制系统的设计需求，本文首先推导了卫星姿态和重力梯度杆伸展的耦合动力学方程，其中重力梯度杆伸展动力学方程是根据其结构特点利用能量方法建立的。最后以“清华一号”卫星为算例进行了数值仿真计算，在不同初始条件下，得到了重力梯度杆伸展过程中杆长和三个姿态角的变化规律。探讨了保证重力梯度杆伸展后卫星姿态能正确捕获所需的条件。     

基于Benders分解的租赁车队规划

以汽车租赁业的日常车辆调配为背景,研究租赁车队的战术规划问题。将车辆调配情况抽象到时空网络结构中,并根据车辆需求的供应策略和时空节点的流量平衡得到约束条件,以企业运营成本最小为目标建立优化模型。针对模型特点采用Benders分解算法将原问题分解为两类子问题,给出对应的算法步骤。以一周为战术规划期设计算例,对模型和算法的有效性进行检验,结果表明能够为优化车队调配提供较好的辅助决策支持。     

基于悬吊法和气浮法的多自由度微重力模拟展开试验系统研究

为满足三维空间展开机械臂在进行地面微重力模拟展开试验时对多维度、多自由度、高精度展开轨迹和高卸载效率的要求,通过对当前成熟的微重力模拟展开试验方法进行分析总结,设计了一种基于悬吊法和气浮法的多自由度微重力模拟展开试验系统。首先,对所设计的多自由度微重力模拟展开试验系统进行结构设计和原理分析;然后,将多自由度微重力模拟展开试验系统应用于某三维空间展开机械臂的三维轨迹微重力模拟展开试验。结果表明该三维空间展开机械臂展开过程稳定可靠,且微重力模拟展开试验系统对机械臂产生的气浮运动摩擦阻力、垂直方向阻力波动量和展开方向附加阻力均很小,卸载效率高于95%,满足高精度和高卸载效率的展开要求。研究结果可为多自由度空间可展开机构地面模拟展开试验系统的深入研究提供一定的参考。     

太阳能电池阵地面展开试验的仿真技术

根据太阳能电池阵在地面展开试验条件下的受力状态,提出了蜗卷弹簧、空气阻力、气浮平台摩擦力、铰链副阻力矩等受力条件的定量计算方法,利用Lagrange方程建立了电池阵展开过程的动力学方程,由此对太阳能电池阵的地面展开试验进行了动力学仿真。对于空气阻力,提出了利用空气流场的动能表征阻力矩的简化处理方法,即空气阻力矩正比于广义附加质量的模型。