基于Simpack的重载操作机刚柔耦合动力学分析

首先介绍了柔性物体进行动力学分析时连体基的选取原则,以保障物体的小变形效应.进而阐述了在连体基下弹性物体的主模态、约束模态,以此作为重载操作机刚柔耦合动力学分析的模态基底.由Jourdain虚功率原理,详细推导了刚柔耦合动力学分析虚功率方程,并且得到多体动力学分析的微分控制方程.另外,本文由流量守恒定律以及伯努利方程推导出液压等效的非线性刚度.最后,基于Simpack软件,分析了操作机提升运动和锻造作业两种典型工况.     

基于CompactDAQ刚柔耦合动力学实验台的搭建

介绍了一种基于虚拟仪器技术的刚柔耦合动力学实验台的设计方案.基于Compact DAQ控制器和数字I/O模块,实现了对角位移、角速度、应变等一系列的物理量的测量,可用于验证多种刚柔耦合模型.同时可以控制电磁喷气阀的喷气来控制台体的旋转,可用于验证不同控制方法对于刚柔耦合系统控制的效果.该实验台具有低成本、高精度、高可靠性、扩展灵活等特点.     

刚柔耦合系统动力学研究进展

首先简要回顾了柔性多体系统动力学前期研究的3个阶段．针对传统零次近似模型的缺陷提出了新的建模理论,并在新的一次近似耦合模型的基础上,就“动力刚化”问题和刚柔耦合动力学问题中的离散化方法与实验等方面进行研究;研制了供理论研究和动力学现象揭示的实验平台．文中对所取得的研究成果进行介绍．文末对今后的研究方向进行了展望．     

装载机工作装置刚柔耦合运动学动力学分析

以装载机工作装置主要受力件之一的连杆作为研究对象,结合多刚体动力学和柔性体动力学理论,建立连杆的刚-柔耦合运动学、动力学数学模型.并在ANSYS软件中生成它的有限元模态中性文件,将其导入到ADAMS软件中建立的装载机工作装置虚拟样机上,进行相应的运动学、动力学仿真分析.研究工作装置中连杆柔性体对工作装置性能的影响,揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性,为复杂机械系统运动学、动力学特性的研究提供了可供借鉴的思路.     

防摆吊具刚柔耦合动力学分析与结构拓扑优化

传统吊装夹具应用在有色金属板电解、检测、分拣等工序的搬运等过程,易会出现摆动磕碰等情况,需要设计一种在吊装运动过程中可以防止金属板摆动和减少对金属板表面质量损坏的防摆机构。通过在Pro/E中建立吊装夹具三维模型并装配出整体机构,由于防摆机构在工况下高速运动并且为薄板零件,所以通过柔性体替代刚体进行动力学分析,以模仿真实运动情况。利用HyperMesh做模态分析,导出MNF文件到ADAMS中,建立机构的刚柔耦合模型。动力学分析输出各构件在防摆机构夹紧运动过程中各铰接处的受力情况以及接触处的冲击载荷。利用OptiStruct进行拓扑优化使得机构整体结构减重48.1%,减轻工业机器人的工作负载,减少对金属板表面的冲击,以获取更好的运动性能。     

刚柔耦合特种车辆越障行驶动力学分析及悬架优化

考虑炮管柔性,建立了某轮式特种车辆的刚柔耦合整车动力学模型,并与刚性车辆模型进行对比,分析了刚柔耦合建模对炮管响应的影响;然后计算了该车通过垂直凸台障碍路面的极限高度,分析了刚柔耦合特种车辆通过凸台障碍路面时的动力学特性.以车辆质心垂向加速度为优化目标,悬架刚度和阻尼为优化参数,对悬架进行优化.结果表明,炮管的弹性变形对炮口垂向和水平方向线位移、线速度和角速度的影响显著,建模中有必要考虑炮管柔性,以更准确地计算车辆响应;低速行驶、小的凸台高度,对减小车辆振动有利,在各种工况参数下炮管的垂向振动都比车体振动剧烈;单侧轮通过障碍可以减小路面对整车的冲击,双侧轮通过障碍可以提高车辆稳定性并减小炮管振动;悬架优化后整车和炮管的垂向加速度都明显降低,车辆平顺性得到有效改善.     

带Stewart平台的航天器刚柔耦合动力学建模与仿真分析

本文采用柔性多体系统单向递推组集的建模方法,基于速度变分原理建立了带Stewart平台、柔性帆板和CMG组件的航天器刚柔耦合动力学模型.由于该模型自由度较大,无法满足实时控制的需求,因此建立了简化的Stewart平台等效模型,并通过与柔性Stewart平台完整模型对比,验证了所建立的动力学简化模型的正确性与高效性.分析了星体平台运动及柔性帆板的振动对有效载荷动力学响应的影响,指出了设计Stewart平台的微振动抑制方案时不能忽略下平台的运动及柔性附件的振动.本研究为带Stewart平台的航天器的微振动减振设计与高精度指向提供了有效的技术支撑.     

空间多体机械系统耦合动力学的键合图法

为提高多能域耦合空间多体系统动力学分析的效率及可靠性,提出了键合图法．从能量守恒的基本原理出发,讨论了键合图中的多通口元件MTF所具有的特性．以此为基础阐述了建立空间多体机械系统键合图模型的一般方法及其动力学原理．将运动副约束反力视做未知势源加在系统键合图模型相应的0-结处,有效地解决了微分因果关系及非线性结型结构所带来的十分困难的代数问题,推导出便于计算机自动生成的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式,实现了计算机自动建模与仿真．实际算例表明了所述方法的有效性．     

基于RecurDyn的多体动力学仿真

产品开发工程师经常会遇到各种运动机构的动力学分析问题,有些情况过于复杂和特殊,特别是一些链式输送机构的动力学仿真问题,整个系统在高速的运动中涉及到的许多接触碰撞等受力情况会给系统的动力学求解带来极大的困难.RecurDyn是新一代的动力学分析软件,采用全新的运动方程理论和完全递归算法,非常适合于求解大规模复杂的多体系统动力学问题,尤其是复杂的多接触问题.本文对某一形式的链式输送机构借助RecurDyn软件进行了动力学仿真.     

基于Adams的剪式稳定架刚柔耦合分析

采用CATIA对剪式稳定架系统进行三维建模,基于ANSYS和Adams建立刚柔耦合动力学模型。考虑剪式稳定架的柔性特征,对刚柔耦合模型升降过程的3种工况进行动力学仿真分析,得到运动过程中剪式稳定架应力分布规律、连接铰点力和接触力。分析方法和结论可指导剪式稳定架的设计。     

基于刚柔耦合模型的仿生鸭机器人运动分析

通过Hypermesh有限元软件及Adams动力学软件建立了所设计的一种仿生鸭机器人的刚柔耦合模型以更好地模拟真实的运行工况.计算了小腿的动态受力及形变情况,并分析了影响蹼足运动参数的两种因素,即小腿结构是否形变及腿部关节摩擦系数.结果表明：在机器人运行过程中,小腿满足强度和刚度要求;小腿形变导致的蹼足运动学参数误差会使机器人运行时的精确性变差;对关节进行润滑可以减小机器人移动时受到的冲击.仿真计算结果可为后续机器人结构优化提供数据参考.     

基于一阶剪切板理论的FGM板刚柔耦合动力学建模与仿真

对作大范围运动功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)厚板的刚柔耦合动力学问题进行了研究,基于一阶剪切变形理论,从连续介质理论出发,计及了变形位移场中的二次耦合变形量,利用Lagrange方法推导了FGM厚板的刚柔耦合动力学方程,该方程适用于普通均质板和FGM板的动力学分析.采用20自由度矩形单元对变形场进行离散,对不同转速下的悬臂板进行动力学仿真,比较了本文建立的基于一阶剪切理论的模型和基于经典薄板理论的模型,验证了本文模型的正确性以及经典薄板理论的一些不足.研究了不同功能梯度指数下,FGM厚板的横向变形、速度响应频率和固有频率.结果表明,随着转速增大,剪切项对结构动力学行为影响变大;考虑横向剪切项的情况下,计算结果更偏柔性.     

基于多体动力学的火箭飞行仿真

火箭飞行过程伴随着质量、质心、惯性矩的变化和控制力的调整,其模拟仿真是个非常复杂的学术和技术问题.基于多体动力学软件Adams,建立火箭箭体的三维模型,编制火箭飞行过程仿真的流程控制子程序、重力变化子程序、控制力子程序和气动力函数,搭建火箭的飞行仿真平台,实现火箭飞行过程中的质量、质心变化的仿真,并且给出关键功能的验证和应用算例.     

基于多体动力学和有限元方法的曲轴强度分析

基于多体动力学和有限元方法,对某发动机曲轴进行额定工况下的动应力分析,并结合相关高周疲劳理论,对曲轴进行疲劳性能评价,判断该曲轴的疲劳性能是否能够满足工程要求. 证明以MSC软件为平台的曲轴分析方法能够很好地应用到实际的工程开发中.     

基于多体动力学的整车燃油经济性仿真

利用多体系统动力学理论建立了汽车的整车动力学模型。该模型包括汽车车身、滑块和导向臂三个刚体。经过仿真验证,发现本文建立的多体模型是正确的,它能够反映出汽车在起步、加速、制动工况下车身姿态的动态变化。随后,基于已经建立的整车模型针对5种道路循环工况进行了整车燃油经济性仿真,分析了多体模型中悬架刚度、车身转动惯量、轴距、质心高度这四个参数对整车燃油经济性的影响规律。     

基于CORBA的多体系统动力学分布式仿真

基于多体系统动力学与运动学的机械系统计算机辅助分析(CAA)已成为该领域计算机辅助工程(CAE)的核心内容。该文分析了多体系统动力学方程建立及求解方法，结合CORBA技术、数值分析方法、OpeaGL图形技术，开发了基于CORBA的多体系统动力学分布式仿真系统，实现了分布式环境下的多体系统动力学的数值分析与仿真。     

虚拟环境中基于多体动力学的实时仿真

该文通过分析主流虚拟现实开发工具的特点和不足,提出在虚拟现实开发过程中运用多体动力学的理论和方法,使得虚拟环境中的对象行为更加符合真实世界,并介绍了使用虚拟现实开发工具worldlbolKit结合多体动力学仿真开发引擎Vortex在此领域做出的有益尝试。同时,该文对Vortex采用的仿真机制和算法进行了充分的分析和挖掘,并详细介绍了在开发过程中的一些理解和体会,以期能对我国从事虚拟现实技术开发和应用的工作者提供一些有用的思路。     

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.     

多体系统动力学软件技术

本文根据凯恩－休斯顿多体系统动力学理论,开发了一套计算机分析软件,重点描述了该软件的实现技术,最后给出了例题计算。