Energetic Coefficient of Restitution for a Planar Two-Body Oblique Collision with Friction

Although the coefficient of restitution was originally thought to be only a material property, the coefficient of restitution also depends upon initial conditions as well as on the frictional effect for oblique collisions. The objective of this paper is to demonstrate a method for obtaining the coefficient of restitution for oblique collisions and thereby to provide a theoretical guide for collision experiments. In this paper, we derive expressions for the energetic coefficient of restitution ( e* ) based on general normal contact deformation law, by which the value of e* can be obtained according to the initial conditions. An example shows that the results calculated by the derived expressions are reasonable.     

自旋摩阻动力学模型与实验研究

设计环形摩擦片在变法向力和恒定法向力两种情况下的自旋摩阻实验, 验证经典自旋摩阻模型在接触区域法向接触力连续变化条件下的适用性, 研究局部摩擦性质的速度依赖性对自旋摩阻的影响, 建立基于Stribeck效应的自旋摩阻模型。该模型对精确分析包含相对转动的空间运动体动力学具有重要意义。     

旋转变截面梁自由振动特性研究

本文以中心刚体-变截面柔性梁为对象,研究由中心刚体引起的动力学耦合效应对变截面柔性梁的自由振动特性影响.首先基于哈密顿原理,考虑中心刚体和旋转梁之间的耦合作用以及中心刚体的离心力作用,建立中心刚体-柔性梁的动力学模型;然后,利用傅里叶变换将动力学模型的偏微分方程转换为频域上的常微分方程,并通过数值差分法求解旋转变截面梁的固有频率和振动模态;最后,将本文中的动力学模型经退化后与已发表的不同类型变截面梁自由振动特征进行对比验证,其结果吻合一致.通过数值计算,进一步系统地揭示了变截面的几何特性、中心刚体的旋转速度以及中心刚体-柔性梁的惯量比对振动频率和模态的影响规律.本文的研究工作证实了存在耦合效应的非线性系统的稳态响应反映的是系统宏观的振动特征,这一特征不仅依赖于柔性结构本身固有的振动特性,也依赖于柔性结构的外部运动环境.     

序言

正陈滨教授是我国力学界著名学者,长期从事分析动力学和多体系统动力学的教学和研究。他的研究成果涉及动力学与控制的各个分支,特别是在陀螺动力学理论、状态空间线性与非线性约束可积性分析、非完整约束的局部与全局性质、Gauss-Appell-Chetaev模型与Vacco动力学理论、Hamilton原理的各种形式和极值性质分析、刚体动力学中的奇异性(Painlevé疑难问题)以及刚柔耦合系统的稳定性和全局振动特征表示等方面,取得一系列重要的研究成果。这些研究成果     

空间物体点接触纯滚动的几何意义

空间物体间点接触纯滚动的相互作用一般包含非完整约束, 而约束所限制的虚位移通常采用速度水平的 Appell-Chetaev 条件给出, 因此点接触纯滚动约束对应的几何意义并不直观。作者从多体系统中两物体沿其轮廓面做点接触纯滚动的问题出发, 探讨此类非完整约束对应的几何意义。首先, 提出两物体保持点接触的充分必要条件, 并以球–面系统为例推导接触时的约束方程。然后, 由空间物体点接触纯滚动的几何和速度约束, 推导此时满足的两种几何限制条件。结果表明, 采用两种几何条件获得的虚位移与速度约束的Appell-Chetaev 条件相同。因此, 可以认为保持点接触纯滚动的空间两物体在位形空间受到两种几何条件的约束限制。     

分析动力学中的基本方程与非完整约束

对于受约束的系统, 分析动力学主要基于 d’Almbert-Lagrange 原理、Gauss 原理、Jourdian 原理和Hamilton 原理等, 利用虚位移限制方程, 建立包含乘子的动力学基本方程, 或利用约束嵌入的方式, 降低系统动力学方程的维数。作者系统回顾分析动力学发展历程, 对一些基本概念, 如虚位移、理想约束、Lagrange 乘子与约束力之间的关系等, 给出诠释。     

结构柔性对系统碰撞动力学响应的影响

针对在重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,根据Hertz接触理论和非线性阻尼项建立法向碰撞接触模型。引入线性切线接触刚度建立切向碰撞接触模型,以考虑接触过程中由于切向相对速度的换向作用引起的摩擦力的变化。利用假设模态法和Lagrangian方程建立系统含碰撞过程的一致线性化的动力学模型。最后根据不同刚度下的柔性梁的动力学仿真计算,探讨了结构柔性对系统碰撞过程动力学行为的影响。     

螺栓装配过程有限元分析高效联合仿真研究

针对目前有限元仿真手段在螺纹紧固件预紧过程研究中的不足,借助ANSYS的APDL,将过盈配合法与直接扭转法相结合,提出一种能够保证计算精度的高效预紧手段。首先通过模拟收口塑性成型过程,获得收口加工前后的螺纹副结构有限元模型,继而实现收口防松螺母的装配过程仿真。利用不同的预紧手段模拟装配过程,获得螺纹副承载分布、接触应力状态和扭拉关系。通过对比未收口螺母的数值解与理论解,验证所建模型以及仿真过程的可靠性。通过对比不同预紧手段的计算时间和数值结果,证明联合预紧手段是可靠而有效的。     

三维含摩擦多刚体碰撞问题的数值计算方法

由于碰撞过程中切向冲量的方向会发生变化, 一般情况下三维含摩擦的多刚体碰撞问题需要通过数值计算的方法来确定碰撞结束时最终冲量. 以法向冲量作为独立变量建立碰撞过程中的动力学方程, 以Poisson给出的恢复系数的定义作为碰撞结束的终止条件, 建立了处理一般多刚体系统含摩擦碰撞问题的数值计算方法. 通过数值计算和定性分析展示了碰撞过程中切向运动随法向冲量演化的各种运动模式.     

圆柱铰间隙运动学分析及动力学仿真

含关节间隙的多体系统动力学精细的仿真计算必须依赖于对关节处2相对运动体的运动学描述.针对工程中常见的圆柱铰关节,建立了识别间隙铰处碰撞接触模式的运动学关系.该运动学关系直接基于间隙铰关节的几何构形来确定运动过程中潜在碰撞接触点对之间的最小距离,避免了一般多体系统确定碰撞接触点的搜索过程.基于Hertz接触刚度并考虑阻尼效应的影响建立法向接触模型,采用修正的库仑模型考虑关节处的摩擦作用.针对一曲柄机构进行了仿真计算,研究了空间间隙、摩擦系数、杆件的柔性等因素对系统动力学特性带来的影响.