考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析

为综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性对环形桁架式网状可展开天线展开过程的影响,建立了包含驱动绳索-滑轮的环形桁架天线系统动力学模型。采用基于位置控制的展开策略对天线的展开过程进行运动规划,实现展开角加速度的峰值最小化,并获取驱动绳索的最优输入轨迹;采用Bushing力法建立驱动绳索的动力学模型,并将索网张力等效为作用在桁架铰链上的时变外载荷,进而得到天线整体系统的动力学模型。仿真案例结果表明,驱动绳索的柔性、展开时间等参数会对展开过程中的展开角加速度和驱动索力产生显著影响,可为实际工程中环形桁架天线的展开过程控制提供参考。     

展开速度对天线展开过程动力学影响分析

针对某大型椭圆周边桁架天线展开过程动力学研究,采用几何精确梁理论对杆件建模,一维移动介质单元法对驱动绳索建模,结合对变形较小的铰链、斜杆做刚性假设,实现对整个天线动力学建模;通过在不同展开速度下仿真,得到不同条件下驱动力、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力随展开时间变化曲线;通过对仿真数据分析发现,随着展开速度降低,驱动力峰值、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力也会下降。该研究为天线展开策略规划提供了参考。     

基于线性互补理论的可展开索-桁架结构静力学分析

空间可展开索-桁架结构具有折展比大、重量轻、刚度高的优点,广泛应用于天线、太空望远镜、太阳翼等大型航天器关键部件中。在统一框架内进行了梁单元和索单元的刚度矩阵集成,建立了包含柔性绳索和杆件的可展开索-桁架结构刚度模型。基于线性互补理论,提出了一种反应绳索真实张紧、松弛状态的结构受力变形计算方法,得到了准确的结构受力与节点位移的映射关系。最后以剪叉机构单元和圆柱面可展开结构为例,验证了所提出方法的有效性,并分析了绳索分布对结构变形的影响。该分析方法可扩展应用于各类索-桁架结构的受力变形计算。     

考虑桁架柔性的可展开天线动力学分析

周边桁架式可展开天线的展开过程涉及复杂的动力学问题,对天线展开过程的研究有助于展开天线的设计、研制和优化。综合考虑天线展开过程中桁架结构的柔性变形和索网结构的变拓扑特征,建立了周边桁架式可展开天线展开过程的动力学模型。首先采用绝对节点坐标法的梁单元对外桁架结构建模,然后引入过渡函数来描述索段由松弛到张紧状态的转变,最后建立了周边桁架可展开天线的系统动力学方程。对天线进行动力学仿真分析,结果表明该方法能有效地分析天线的展开过程,桁架结构在内部索网张力的作用下会产生柔性变形,对驱动力和展开速度产生显著的影响。     

椭圆轨道上绳系系统的建模与动力学仿真

针对位于椭圆轨道上的绳系系统,利用"圆锥"模型通过仿真研究其动力学运动特性。绳系系统是具有一定面积的主星和子星通过若干根超长的绳索连接而成的结构。基于主星的大面积和绳索的超长度,分别将其建立成两两相连的质量杆和用力连接的小圆柱。在动力学模型的基础上,针对主星和整体系统进行动力学仿真研究。研究表明,系统在椭圆轨道姿态稳定、主星展开正常。在材料范围内较小的绳索伸长使绳索紧绷,省去了展开过程中力的设置。     

张紧力对新型活齿无级变速器传动波动影响分析

新型活齿无级变速器(innovative Movable-teeth CVT,i MCVT)是一种非摩擦式无级变速传动装置,其在传动的过程中会出现转速转矩的波动。为研究张紧力对其传动过程中转速转矩波动的影响,基于iMCVT的结构以及工作原理,分析iMCVT产生波动的原因;基于ADAMS建立其动力学仿真模型,通过改变张紧装置对金属齿形链的张紧力,来研究张紧力对i MCVT传动波动的影响。仿真结果表明,在传动比为1时,适当增加张紧力可以减少转速的波动,当张紧力达到一定值时(大约600 N),转速的波动趋于平稳。在此基础上,通过传动效率图可知,在一定范围内,增加张紧力可以提高传动效率,但过大的张紧力可导致传动效率的下降。研究结果为iMCVT张紧力的控制奠定了基础。     

张紧方式对带式输送机启动特性的影响

带式输送机启动过程中，存在输送机动态特性明显、输送带承载段张力峰值波动大、张紧装置提供的张紧力不能保持稳定等问题。利用AMESim软件对不同的张紧方式进行建模，分析了不同张紧方式在“S”形正弦启动方式下，对张紧装置提供的张紧力以及输送带最大张力点的张力峰值波动的影响。仿真结果表明，张紧装置对张紧力的稳定性影响着输送带承载段的张力峰值波动大小，且成正相关性，仿真结果便于使用者根据不同的场合和条件使用不同的张紧方式。     

环形桁架天线展开动力学分析

基于Lagrange动力学方程，考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等，建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型，给定预设驱动，对其进行正动力学分析，对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电机拉动绳索联合驱动实现了天线的展开，研究了扭簧驱动及电机拉动绳索驱动的参数变化对天线展开过程的影响。研究结果可为天线的展开过程提供指导。     

基于模糊PID的动态履带张紧力控制系统研究

履带张紧力是影响履带可靠性的主要因素,保持履带张紧力的稳定性有利于提高履带服役寿命,使整车在越野工况中发挥出优越的性能。在对托带轮、负重轮、诱导轮以及履带张紧器的几何关系及受力分析的基础上,建立了履带张紧力的理论估算模型,通过与多体动力学仿真结果进行比较,验证了履带张紧力理论估算模型的正确性。在此基础上,基于模糊比例-积分-微分（proportional-integral-derivative,简称PID）控制理论设计了一种履带张紧力控制系统,可通过转动诱导轮曲臂来调整履带的松紧度。仿真结果表明：该控制系统能够快速、准确地达到期望履带张紧力,可有效地抑制车体振动的情况及托带轮所受履带的冲击载荷,增加了履带车辆行驶的可靠性。与传统的诱导轮固定方式相比,该控制系统可有效降低接地段履带的动态张力,且没有加剧履带脱轮的风险。     

LS-DYNA带单元在绳索体仿真中的应用研究

复杂绳索体动力学过程的数值模拟在产品设计中有着越来越多的需求。本文讨论了绳索单元特征及其动力学模型,并基于有限元法,研究了在LS-DYNA中采用安全带单元实现复杂绳索体动力学仿真建模的方法,包括绳索体材料与单元定义、载荷设置、初始状态设置和接触问题的处理等;对柔性网体展开过程进行了数值仿真,结果表明:采用LS-DYNA安全带单元,可有效地实现复杂绳索体动力学过程的模拟;采用"节点-表面"的接触类型,可有效地实现柔性网体与其它对象的接触模拟。     

缆索爬行机器人结构设计与动力学仿真

以实现缆索无损检测为目的,提出了一种用于携带缆索检测仪器的新型缆索爬行机器人的本体结构方案。机器人整体采用框架式的结构,其最主要的特点是实现了机器人爬行状态下调节抱缆力的功能。建立了抱缆力调整装置的数学模型。在AD.AMS中进行了动力学仿真分析,得到了机器人的动力学特种曲线。     

一种基于力密度的网状可展开天线索网结构初始形态设计方法

针对环形网状可展开天线索网结构的初始形态设计问题,提出一种基于力密度思想的找形与找力相结合的优化迭代设计方法。该方法将索网结构初始形态设计分为前、后索网设计两部分。通过优化迭代的方法设计前索网,在满足网面精度要求的条件下,实现前索网所有内部索段的张力相等、边界索段与内部索段的最大张力比最小;根据前索网的形和力,在调整索保持竖直、后索网满足高度要求的条件下,通过优化实现后索网最大张力比最小。仿真算例表明,对于旋转抛物面和偏置抛物面索网结构,该方法与现有方法相比,均可进一步提高索网张力的均匀性,该方法正确有效。     

拖拽下大变形柔性线缆力学特性分析与测试

为克服布线时柔性线缆因复杂空间形态而导致的难以精确地描述其运动状态、力学性能等问题,基于弹性细杆思想,建立大变形柔性线缆动力学模型,分析大变形线缆力学特性。建立线缆考虑空间约束、自重及拖拽与摩擦作用的动力学模型;推导大变形线缆的本构关系与运动参数表达式,并进一步构建典型运动情形下大变形柔性线缆的动力学模型;通过对线缆力学特性进行仿真分析与试验测试,得到了弯曲与拖拽运动下线缆的几何姿态、运动规律及受力情况。结果表明,弯曲线缆的曲率极值点为关键点,决定线缆整体运动形态与受力的趋势;线缆的拖拽运动类似于行波传动;同时试验实现了通过线缆力学模型逆推出其空间形态,验证了所建模型的正确性,为线缆路径规划提供了理论依据。     

超轻型牵引火炮高平机优化设计研究

手轮力大小是评价高平机性能好坏的重要标准,而不平衡力矩是决定手轮力的重要因素。针对某超轻型牵引火炮的结构布置特点,研究了其螺杆式高平机工作原理,提出一种基于多岛遗传算法(MIGA)的高平机设计方法,建立以整个射角范围内的最大不平衡力矩为目标函数的优化模型,对结构参数进行优化匹配。结果表明:该方法相对于传统的设计方法,可以有效地降低最大不平衡力矩,改善设计水平,对今后研制火炮高平机具有指导意义。     

Structural Design and Dynamic Characteristics of Overloaded Horizontal Servo Cylinder for Resisting Dynamic Partial Load

When an output curve force is applied to a horizontal servo cylinder with a heavy load, the piston rod bears a dynamic partial load based on the installation and load characteristics, which significantly a ects the frequency response and control accuracy of the servo cylinder. Based on this partial load, increased friction can lead to cylinder bore scu ng, leakage, lack of output power, or even system failure. In this paper, a novel asymmetric static-pressure support structure is proposed based on the principle of hydrostatic support. The radial component force of a dynamic partial load is balanced by cooperation between the support oil cushion of the variable hydraulic pressure support structure, oil cushion of the supportive force, and the damper. Adaptive control of the servo cylinder piston rod, guide sleeve, and piston, as well as the cylinder oil film friction between lubricated surfaces is achieved. In this paper, theoretical design and analysis of the traditional hydrostatic bearing structure and novel structure are presented. A hydraulic dynamic shear scissor is used as a research target to derive a structural dynamic model. Comparative simulations are performed using Matlab Simulink. Additionally, flow field analysis of the novel structure is performed, which verifies the rationality and feasibility of the proposed structure and system.     

钢丝绳类索结构模型的动力学仿真研究

钢丝绳类索结构动力学仿真模型的建立是复杂机电系统虚拟样机开发的关键问题。文中对钢丝绳的动力学仿真模型的有限元模型和多体动力学模型的建模方法进行了探讨,建立了钢丝绳的动力学仿真模型,在其自重和一端拉力的载荷条件下进行了钢丝绳动力学仿真研究。研究结论表明在钢丝绳自重作用下其产生的最大垂度值与其理论公式计算值相差5％左右,所建立的模型可以作为钢丝绳类索结构的动力学仿真模型。     

不同收放速度对海上钻机收放系统影响分析

以深海钻机收放系统为研究对象,通过建立计入海水阻力的收放系统动力学模型,研究了不同收放速度对收放系统特性的影响。研究结果表明：受海水阻力的影响,钻机在入水前后,摆动角度和脐带缆张力均存在较大差异,海水阻力对两者具有显著的抑制效果。同时,随着下放速度的增大,钻机的摆动幅值和脐带缆张力的变化幅值将不断减小;随着回收速度的增大,钻机的摆动幅值将不断减小,脐带缆张力的最大值将不断增大。     

二甲醚发动机活塞二阶运动-润滑耦合模型建立及数值分析

通过改造潍柴WP6发动机的供油、燃烧系统,开发出一台二甲醚发动机。试验采集二甲醚发动机燃烧参数,针对活塞运动和润滑分析,建立活塞裙部系统以及由曲轴、连杆、活塞组成的多体系统的耦合润滑模型。基于拉格朗日乘子法建立多体动力学方程,并采用有限单元法对润滑模型进行求解。将耦合计算结果与实验对比,验证模型准确性。根据现有二甲醚发动机活塞裙部的结构参数,研究不同活塞结构参数对敲缸及润滑的影响。结果表明,活塞间隙越小时,活塞二阶运动的空间越小,导致敲缸现象减弱,磨损降低,但较小的间隙会产生比较高的油膜剪切力,微凸体表面接触也会加剧,引起较大的摩擦力及摩擦功耗;活塞裙桶形面最高点的位置也会影响活塞裙-缸套系统的运动和润滑特性;桶形面与活塞销中心的距离越小越容易满足力与力矩平衡条件,有利于降低敲缸以及摩擦损耗。     

手术缝合线涂层工艺中张力自稳定系统的设计

为保持手术缝合线涂层工艺过程中丝线张力的稳定性,通过分析传统张力的控制方式及其局限性,提出了一种基于速度跟随原理的张力自稳定系统。该系统采用主动放线方式,从动力学角度建立放线系统张力控制模型,设计弹簧-张力杆机构。通过实时检测走线过程中张力的波动,改变主动放线速度,从而减小走线过程中丝线张力的波动幅度,提高系统稳定性。构建了虚拟样机,在ADAMS中进行动力学仿真,仿真结果表明该弹簧-张力杆机构能将张力的波动幅度减小70%。最终以与强生（中国）医疗器材有限公司共同研制的四头上蜡机作为测试对象,与传统设备相比,该方案可将张力的波动幅度减小53%。