仿生微扑翼机构的设计与机电耦合特性研究

根据昆虫扑翼飞行的原理，设计了一种基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构。根据驱动机构的物理模型建立了机电耦合系统的非线性动力学模型，应用数值方法研究了系统在常值电压激励下的动态响应；在相空间中分析了系统的非线性动态特性，研究了阻尼和初值对系统动态特性的影响；讨论了系统在正弦激励电压信号下的响应。研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据，对于其他静电驱动的微机电系统亦有一定的参考价值。     

仿鸟扑翼飞行器扑翼机构的设计及运动仿真

为完成仿鹰鸟飞行器扑翼机构设计,首先给出鹰鸟飞行的参数,接下来选取飞行器的扑翼机构,并进行了尺寸计算,最后进行三维建模,并实现运动仿真,结果表明仿真数据与鹰鸟飞行参数一致,验证了机构设计及尺寸计算的正确性。     

压电双晶片驱动的仿生柔性扑翼机构研究

分析了昆虫的翅膀-胸部运动系统,并以此为基础,仿生设计出压电双晶片驱动,柔性双摇杆机构放大位移并带动仿生翅拍动的扑翼系统.分析了压电双晶片的工作原理,讨论了柔性四杆机构的自由度和运动学,并对整个系统的准静力学进行探讨,以确定能否产生足够的力克服空气阻尼.仿真和实验结果表明,通过柔性机构放大压电双晶片位移,能实现仿生翅所需运动,同时进一步的优化设计将有助于改进扑翼机构的运动性能.     

空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析.建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange 方程导出有限元梁单元的运动微分方程.通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型.根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程.在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律.结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响.研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义.     

剪叉式举升机构刚柔耦合振动特性分析

针对高空作业平台中剪叉式举升机构剧烈振动造成设备倾翻或人员坠落的安全问题,对举升机构振动特性进行了研究。利用SolidWorks软件建立举升机构的三维模型,对支臂进行柔性化处理,并替代刚体模型,建立举升机构刚柔耦合模型。对举升机构平台作业过程中不同工况下的载荷进行分析,并以此载荷作为ADAMS和Patran/Nastran联合仿真的振动激励,对平台的刚体模型和刚柔耦合模型进行振动特性仿真和对比分析。结果表明:剪支臂的弹性变形可以减少振动影响,证明了建立刚柔耦合模型的必要性;作业过程中,坠落冲击力和周期作用力对剪叉式举升机构振动影响较大,从而为剪叉式举升机构高空工作平台的安全作业提供重要参考,为下一步机构的减振设计奠定基础。     

仿生扑翼飞行器扑翼驱动机构的设计探讨

本文在简要介绍扑翼飞行器驱动特点及分类的基础上,就基于MEMS技术和基于连杆机构扑翼驱动的机构设计进行了分析比较,探讨了扑翼驱动机构的实现途径和方法。     

全转动副空间扑翼机构设计

常用平面扑翼机构左右两翼的运动不对称,导致扑翼飞行器在试飞中常发生翻滚、栽落的现象。为此,首先分析了常用平面扑翼机构两翼运动不对称的原因,介绍了一种包含球副的空间扑翼机构,然后提出并构建了一种全转动副空间扑翼机构。该扑翼机构左右两翼运动对称,并可根据需求灵活设计两翼扑动的急回特性。该全转动副空间扑翼机构结构紧凑,可满足构建小型扑翼飞行器的需求。     

仿生扑翼机构的优化设计

建立了扑翼飞行器四连杆扑动机构的数学模型,运用遗传算法对该模型中的机构参数进行了优化设计.优化后的结果显示相对于原有机构其优化机构左右扑动角的不对称性降低为原先的17.07%.采用优化机构的扑翼飞行试验表明飞行中扑翼左右机翼的运动不对称性得到极大改善.从而为扑翼机构的设计提供了一定的理论和工程指导.     

两自由度仿生扑翼飞行机器人设计与运动分析

根据鸟类的飞行特性,设计了一种两自由度仿生扑翼飞行机器人。扑翼飞行机器人采用单电机驱动,能够实现扑动、扭转两自由度耦合运动,结构紧凑、运动高效,且机翼的运动形式接近鸟类。首先根据总体设计目标提出扑动-扭转耦合机构的运动特性要求,基于Adams建立了扑动-扭转耦合扑翼机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑动和扭转运动的变化规律,并得到了翼尖轨迹曲线。扑动-扭转耦合机构的参数与设计结果达到了扑翼机构的运动要求,为仿生扑翼飞行机器人的设计和研究奠定了基础。     

基于曲柄滑块机构的X翼扑翼机构研究与测试

设计了一款机翼对称拍打的X翼扑翼机构。采用曲柄滑块机构,将曲柄的圆周运动转化为直轴的直线往复运动,直轴再通过摇杆带动两侧机翼,从而实现机翼的对称拍打。制作了一台扑翼机构的样机,运用光学运动捕捉系统和风洞对该扑翼机构进行了运动测试,从扑翼机构的拍打角度幅值、拍打频率、产生的升力以及电机的运行状况方面分析了该扑翼机构的可靠性。通过对比试验,确定了一组合适的拍打角度幅值和翼面面积,使得该扑翼机构能够产生12.9 g的升力,验证说明clap-fling机制能够有效提高该扑翼机构的升力。     

平面3-PRR并联机构刚柔耦合动力学研究

在并联机构的动力学研究领域中,传统的多体系统研究主要集中在多刚体领域,对于构件弹性变形对系统产生的影响多进行忽略,这种分析所得结果很难保证机构的运动精度要求。基于多体动力学理论,对可应用于微纳操作领域的3-PRR平面并联机构的刚柔耦合系统进行了研究,分析柔性从动杆对于机构刚体运动的刚柔耦合特性的影响,利用Euler-Bernoulli梁理论,采用假设模态法对机构支链上从动杆的柔性变形进行分析,并利用Lagrange乘子法推导出机构刚柔耦合系统的动力学方程。这种分析方法不但满足机构较高的精度要求,也满足工程中各种问题求解的要求。同时结合实例运用MATLAB仿真计算,直观真实地反映柔性从动杆与刚性构件的动力学特性,验证了所建模型的有效性。     

单自由度柔性机械臂刚柔耦合动力学仿真研究

柔性机械臂在刚性旋转的同时自身存在弹性变形运动,其动力学行为表现为复杂的刚柔耦合现象,对机械臂的控制精度和运动稳定性产生不可忽视的影响.为研究单自由度柔性机械臂的刚柔耦合特性,采用了ANSYS和ADAMS的联合仿真方法.基于柔性体建模理论,在ANSYS中建立单自由度柔性机械臂的有限元模型,将模型导入ADAMS中进行动力学仿真.分析了机械臂末端的振动与转速的关系,研究了某一时刻的动应力及其随时间的变化情况.结果表明,该方法适用于柔性机械臂的刚柔耦合动力学特性研究,对柔性机械臂的设计具有重要意义.     

履带车辆系统刚柔耦合动力学建模及分析

为准确预测履带车辆动态行驶特性,充分考虑了履带非线性因素和地面变形对行驶性能的影响,在贝克理论的基础上建立了履带车辆系统刚柔耦合动力学模型,并在两种路况下进行了算例仿真。结果认为:当履带车辆通过平坦路面时,车辆前进速度和驱动轮角位移迅速从初始值上升到最大值,当驱动轮扭矩保持在6000时,车辆前进速度从指数级上升转为指数级衰减,并且车辆打滑率随着驱动轮扭矩的增大而增加;当通过正弦路面时,车辆动力学特性呈现上下振荡的稳定状态。研究结果为履带车辆行驶特性的准确预测提供了一种新的方法参考。     

塔式起重机刚柔耦合动力学模型研究

目前大多数塔式起重机的动力学建模研究的方法是将整机等效为多刚体系统,在综合考虑塔式起重机臂架的柔性变形和系统非线性运动的影响下,将臂架等效为Euler-Bernoulli梁并考虑自重和结构阻尼,基于拉格朗日方程建立了能够完整描述塔式起重机变幅、回转和起升运动的刚柔耦合动力学模型,并应用假设模态法得到了矩阵形式的离散方程。针对塔式起重机三种典型的运动形式,应用Maple数学软件对模型进行了数值求解,最后,为验证模型准确性,建立了ADAMS动力学仿真模型,将数值求解和仿真得到的重物的运动响应进行了对比。结果表明,建立的动力学模型可以较准确地反映塔式起重机的运动过程,而且还能近似地描述重物运动的响应,对跟踪重物的轨迹、研究重物的摆动规律也有重要的指导意义。研究结果对研究大长细比臂架类工作机构的动力学响应也具有重要的参考价值。     

考虑悬架柔性的刚柔耦合汽车平顺性研究

目前对车辆平顺性的研究一般采用多刚体动力学的方法,而没有考虑悬架柔性体对其的影响,致使仿真值和实际值存在一定差别。为了提高模型的仿真精度,基于多体动力学理论,有限元及模态综合法建立了计及前悬架横向稳定杆,下摆臂和后悬架扭转梁柔性的刚柔耦合整车模型。建立B级随机路面模型,对整车进行随机路面平顺性仿真计算。研究结果表明:与多刚体模型相比,刚柔耦合作用使座椅加权加速度均方根值减小,刚柔耦合模型之间的差异随车速提高,说明在研究整车平顺性时,建立刚柔耦合悬架模型是有必要的。     

刚柔耦合麦弗逊式悬架优化分析

针对某车型制动和加速工况时存在整车俯仰运动较大,轮胎磨损严重等问题,测量该车麦弗逊式前悬架硬点坐标并进行悬架弹性原件测试,根据所得参数,在Adams/car中建立刚柔耦合模型,将悬架模型与测试平台装配,分析得到其模态;对该模型输入垂直激励,分析其受力状态;再进行左右轮平行跳动工况仿真,以抗制动点头率、抗加速抬头率和前轮前束角为优化目标,将仿真结果输入到Adams/insight,对横拉杆硬点坐标(Tie-outer)进行灵敏度分析和优化,得到较为理想的结果,为改善该车悬架性能提供了理论依据。     

刚柔耦合的钻装机扒斗机构动力学分析

运用ADAMS与ANSYS软件联合仿真建立了钻装机扒斗机构的刚柔耦合模型;获取了扒斗机构的运动包络图,明确了扒斗机构的运动范围;基于扒斗机构挖掘阻力通过仿真得到了扒斗机构各铰点及动臂油缸、斗杆油缸、扒斗油缸的受力情况,对工作装置结构强度分析提供重要载荷参考;以斗杆为例进行了强度分析,获取了斗杆在复合挖掘工况下的应力分布及变形情况,验算了工作装置的安全系数;通过ADAMS与ANSYS联合仿真,实现了复杂载荷的自动加载,考虑了构件的柔性,增强了仿真的准确性;对扒斗机构及钻装机的设计具有一定的指导意义。     

空天旅行舱着陆系统刚柔耦合动力学仿真

研究了空天旅行舱的着陆性能,针对其着陆系统的着陆过程进行了动力学仿真并分析其着陆时的动力学响应。以刚柔耦合动力学理论为基础,采用多体动力学软件和有限元分析软件建立了空天旅行舱着陆系统的刚柔耦合动力学模型,重点研究了着陆地面土壤摩擦系数、着陆水平姿态角以及水平着陆速度等参数对空天旅行舱着陆系统着陆性能的影响,结果表明这些参数对空天旅行舱的过载、行程以及着陆稳定性都有不同程度的影响,从而为空天旅行舱的着陆系统设计提供了有价值的参考。     

弹性连杆机构的动态稳定性研究

研究了一般形式的弹性连杆机构的动力稳定性问题,在忽略结构阻尼的情况下,从理论上研究了低价临界转速的分布规律,给出了低价临界转速与机构一个运动周期固有频率平均值的显式关系表达式。用这一关系式求得的低价临界转速和数值方法得到的识别结果进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

内燃动车动力包刚柔耦合系统动力学特性分析

以某带空冷、静压泵装置双子系统的典型内燃电传动车组动力包为研究对象,分别考虑构架刚性和柔性建立动力学模型,研究中间构架柔性对带双子系统的双层隔振系统模态特性和谐响应的影响.研究表明:构架柔性对机组整机振动能量的影响很小,最大仅有0.58％;考虑构架柔性后,构架上的振动响应在整个频段上仍是以刚体振动模态响应为基础,对于构...