几何约束系统中参数有效范围的算法研究

针对几何约束系统设计过程中经常遇到的参数驱动失败问题,提出参数有效取值范围的求解算法。以包含距离约束和角度约束的二维尺规构造几何约束系统为例,分析并总结所有可能的六种三角形刚体类型。识别与所求参数无关的刚体,通过刚体变换算法减小几何约束系统的求解规模。应用实例表明,刚体变换算法可以有效简化几何约束系统,提高算法求解效率。     

斜投影光流场刚体三维运动和结构计算

本文研究从斜投影光流点及加速度恢复刚体三维运动速度、加速度及结构参数的唯一性和约束,建立了光流运动方程组,证明了利用斜投影光流场中四个光流点及其加速度可完全确定刚体的三维角速度和角加速度参数,平移速度和平移加速度不能确定但存在三个约束关系即允许有三个自由度,虽然不能确定刚体位置,但可以充分确定刚体结构形状大小。     

自由度分析在求解三维几何约束系统中的应用

在充分研究了二维几何约束模型中自由度分析技术的基础上,采用几何推理的方法,给出了一种三维几何约束模型求解系统的自由度分析算法,并将此算法的整个运行过程归纳为活动分析、场所分析两个技术过程的实现。给实际求解三维几何约束模型提供了一种方案,尤其解决了模型处于过约束状态和欠约束状态时的求解问题。     

计算机自动进行结构机动分析的一个算法

本文根据非自由体系动力学处理约束系统自由度分析的方法，给出一个普遍造用 的选取独立自由度（广义座标）的计算机统一算法，并能自动删除多余约束，从而由 计算机自动进行结构有限元模型的机动分析。     

空间复链机构结构公式

本文探讨了建立统一的机构结构公式的理论,提出了成批搜索结构公式及进行筛选、验证的方法;同时提出了结构公式的“自由度矢量表达式”(及“自由度旋量表达式”),它们能较好地反映自由度、约束的矢量性质与几何关系。文中发表了用“图”搜索到的十八种机构组成分析论点和七十一个统一结构公式变式,并向同志们推荐了其中较便于运用的几个,同时还对以往某些公式提出了商榷和研讨。     

机构公共约束辨识及自由度计算“拆闭副法”

本文论证了闭环机构公共约束m_i与开环机构末杆约束m′_i的差异,提出关系式:m_i=m′_i f′_i。澄清长期以来在机构自由度计算中关于公共约束的疑难。指出И·И·Артоболевский统一结构公式中的m_i,若定义为开环末杆约束m′_i,则在自由度计算中,运动副的级有确定的统一定义。阿氏公式与F·Freudenstein公式等效。作者建议取А·П·Мальищев型修正公式:W=6n-sum from k=1kp_k sum from i=1 m_i作为统一结构公式;并提出确定末杆约束的拆闭副法;指出应用刚体运动分解原理考察各运动副对末杆产生的独立运动时,必须考虑末杆的约束条件。文中列举若干计算例题,并与常用计算方法进行对比分析。     

动力学仿真中多余约束问题的分析与处理

多余约束问题是多刚体动力学分析仿真时很棘手的常见问题。针对使用基于欧拉-拉格朗日方程开发的动力学分析软件(如:Adams、DADS等)进行分析仿真时遇到的多余约束问题,进行了理论分析,即:分析约束对求解欧拉-拉格朗日方程的影响(约束向量的雅克比矩阵对求解欧拉-拉格朗日方程的影响),并给出了这一类问题的解决方法。合理地约束模型及正确地变换约束类型和方式。最后,以Adams2005为例,结合工程实例验证了该解决方法的正确性。     

有限元中的拟协调元及在构造双曲壳单元上的应用

本文以弹性力学连续性方程的弱形式出发，用网线函数推导出了近似的协调元即拟协调元［１］，并进一步论证了拟协调元通过分片试验和满足刚体位移条件，提出了一个构造双曲壳单元的方法。 文中以双曲扁壳为例，构造出具有十五个自由度的双曲扁壳三角形单元。计算实例表明，单元比较好地满足刚体位移条件，计算的精度和收敛性是令人满意的。与文献［１３］提出的具有３６个自由度的三角形双曲壳单元相比，本文构造的单元具有节点参数少，计算量少，更适于分析复杂结构的优点。     

基于权图搜索的约束求解

介绍一种基于加权约束图搜索的二维几何约束的求解方法或称之为求解过程 ,并对一些相关的概念进行阐述 .该几何约束的求解是在几何实体自由度衰减的基础上进行的 .求解过程中 ,在图的基础上提出循环约束的查找算法 ,并通过实例描述二维几何约束的求解过程     

一种NURBS曲面形状修改的新方法

目的研究NURBS曲面形状修改问题。方法首先在各参数点处分别构造出一系列满足该点处几何约束的局部曲面,并由此构造总曲面。接着构造一张满足多余约束的插值多余曲面。最后利用Coons曲面的构造思想,得到最终的修改曲面。结果该方法使得修改后的曲面在多个参数点处满足用户给定的几何约束。结论运用该方法的思想,基于控制顶点变动的解决单参数点约束问题的方法都可以被推广并用来解决多参数点的约束问题。     

弹性构件的模态选择对机构动力分析的影响

为在柔性多体系统动力学中引入固定界面动态子结构法 ,将 Craig固定界面法减缩后的系统经过再次坐标变换 ,分离出刚体模态 ,证明能更明确地表达边界影响 ,可以进一步提高减缩效率 ,便于在多体动力学中使用 ,并给出了一个含弹性连杆的曲柄滑块机构算例。分析和计算表明 ,经过了再次坐标变换后提高了减缩效率 ,在一定情况下 ,边界状况对系统影响显著 ,使用表达边界的模态可以提高多体动力学的数值仿真精度     

平面机构自由度判断的一种新方法及其应用

在传统计算公式的基础上，利用递推原理推导出一种新型的较为容易判别平面机构自由度的方法——断杆法，并用实例证明了该计算方法的正确性和实用性．“断杆法”克服了传统公式对运动副的依赖，并且通过将机构分组，实现了对机构复合铰链、虚约束以及局部自由度的新的处理方法；尤其是对高副的处理，简化了机构自由度的分析与计算．     

有限段法在高炮发射多体系统动力学分析中的应用

用有限段法计算高炮身管的弹性变形,用基于Kane方程的Huston方法建立了某高炮7刚体18自由度的多体系统动力学模型,对高炮发生过程进行了数值仿真,计算得出的炮口角位移明显大于不计身管变形的5刚体10自由度模型的计算结果。2种模型计算出的炮箱后坐曲线是完全一样的,与实测的炮箱后坐曲线一致,证明了上述分析的正确性,为高炮精度分析提供了更严格的理论参考。     

地铁车辆电机悬挂系统的解耦优化

将地铁车辆电机考虑成具有6个自由度的空间刚体,建立电机的自由振动方程,以解耦度为优化目标,以电机横移及浮沉振型频率为约束条件,基于遗传算法对电机悬挂系统各橡胶元件的三向刚度进行优化设计;结合某地铁车辆动力学模型以及现场试验,对比分析电机采取刚性吊挂方案和解耦优化的弹性吊挂方案时转向架和车体的振动及受力情况.分析结果表明,电机各阶刚体振型可获得良好的解耦度,最高的达到了100%,频率分布与期望值基本一致;与刚性吊挂方案相比,当电机采取解耦优化的弹性吊挂方案后,可以有效降低转向架关键部位的振动以及动荷载,从而有效降低转向架的疲劳损伤.     

基于滤波滑模控制的空间柔性机器人系统控制仿真研究

针对一种刚柔结合的空间冗余度机器人,基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,借助Maple软件,推导了一种自由浮动空间柔性冗余机器人操作刚性负载的动力学模型,该方法提高了建模的正确性.并在此基础上,鉴于自由浮动空间机器人系统的结构复杂性和参数变动性,运用具有较强鲁棒性的滑模变结构控制对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制,较好地抑制了柔性杆弹性振动,并减小了对本体的影响.最后进行了自由浮动三自由度柔性冗余度机器人的动力学控制仿真,仿真结果验证了上述控制方法的有效性.     

运动线性相关与平面机构的自由度

在讨论平面机要的独立运动和局部自由度的基础上,通过对作平面运行构件的运动线性相关分析,提出运动线性相关自由度的概念,在此基础上,建立了含有作平面运动齿轮的平面机构的自由度计算方法,并用实例证明了该计算方法的正确和实用性,运动线性相关分析还为在行星轮系设计虚约束提供提供了理论基础。     

共振振动系统中两激振器的自同步

提出了一种新型的双机驱动共振式振动机结构.振动体由支撑刚体与物料箱刚体组成,物料箱有4个自由度,支撑刚体仅存在共振方向一个自由度.物料箱通过软弹簧安装在与共振方向垂直的平面内.除了在共振方向与支撑刚体一起运动外,物料箱还在此平面内有两个平动自由度和一个转动自由度,且为超共振工作状态.利用拉格朗日方程建立了系统运动方程,推导出实现同步条件及同步运动的稳定性条件.通过数值计算分析了同步能力系数与系统结构参数的关系.结果表明:两偏心转子安装距离越小,共振激励角越小,系统同步能力越强;而两个刚体质量比值对同步能力影响较小.     

多顶点三角形刚性折纸自由度分析

针对多顶点折纸机构自由度分析困难问题,提出了在多顶点折纸机构的自由度分析中,利用邻接矩阵分析刚性折纸自由度的方法;用邻接矩阵表示顶点之间的连接关系,通过引入消元矩阵,用矩阵乘法描述了确定运动状态的过程;通过计算顶点对应的行元素之和来确定约束的个数,避免了交叉折痕顶点自由度的计算误差;以分析单顶点4折痕折纸图案自由度为基础,拓扑到分析多顶点三角形刚性折纸图案自由度;最后,通过软件仿真验算刚性折纸图案自由度计算结果的正确性。     

基于冗余自由度的数控加工轨迹运动分解

为降低曲面数控加工中机床运动轴的冲击,提出了采用具有冗余自由度的数控机床实现复杂曲面高速进给加工的思路,通过增加数控机床冗余自由度运动轴,以分解冲击较大机床轴的运动.本文对冗余自由度下机床各轴之间的运动分解原理进行分析,给出了冗余自由度下合成加工轨迹的计算和误差确定方法,并以计算实例验证了所提出思路和方法的有效性.