基于虚拟样机滑轮-绳索机构的建模及仿真分析

针对MSCAdams难以完成大变形柔性体的建模及仿真,提出将一根钢丝绳细化成若干绳节,绳节之间采用线性衬套连接的建模方法.运用Adams的宏命令完成滑轮-绳索机构的装配及约束添加,通过合理设置仿真参数,进行动力学仿真.仿真结果验证了滑轮-绳索机构建模的合理性,为滑轮-绳索机构的冲击和振动问题提供了理论依据.     

基于ADAMS的绳牵引并联支撑系统动力学建模

为了实现对低速风洞强迫振荡试验绳牵引并联支撑系统的精确控制,需要建立精确的动力学模型,分析系统的振动特性,避免共振.首先,提出适合低速风洞绳牵引并联支撑系统的线性弹簧理论,应用动力学分析软件 ADAMS搭建动力学三维模型;其次,通过对系统进行振动分析,得到系统固有频率满足强迫振荡试验要求的弹簧参数;然后,对系统进行受迫振动分析,结果表明系统符合振动规律,验证了系统建模的正确性;最后,将每根绳索离散为10段线性单元,并对系统进行模态分析,发现离散前后系统的固有频率值相近似,且满足强迫振荡试验要求,说明采用线性弹簧理论建立绳索动力学模型是可行的,为了简化建模,无需将绳索离散化.     

基于绝对节点坐标法的柔性绳索体建模仿真研究

将绝对节点坐标法应用于柔性绳索体动力学建模和仿真的研究之中,利用绳单元建立了二维悬臂梁、三维柔性网和刚-柔耦合柔性网三种模型。借助Bathe积分策略和广义极小残量法(GMRES)对长时间历程、非对称大型稀疏矩阵方程组进行了分析求解,得到了三种模型的动力学仿真结果。通过对柔性绳索体的建模和仿真研究,确立了适用于大变形、大位移柔性绳索体动力学研究的方法,并提出了该研究领域未来发展方向应是绝对节点坐标法与各向异性材料本构关系的结合。     

钢管混凝土系杆拱桥施工分析与施工控制

为了保障钢管混凝土系杆拱桥施工安全和质量,以南水北调中线工程某钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥有限元计算模型,按照施工过程详细分析各施工阶段的变形、吊杆力和应力,对吊杆成桥张拉力进行探讨,并选用自适应控制方法进行现场施工控制.由数值分析和现场监控结果可以得出,大桥在施工过程中结构的变形较小,受力满足设计规范要求;考虑到钢管混凝土系杆拱桥拱肋、系梁的刚度相对较柔,可采用恒载索力作为成桥张拉索力控制值,并以成桥后系梁和拱肋线形作为吊杆索力调整的施工依据;施工控制表明成桥线形和受力满足设计要求,成桥索力与恒载索力基本吻合.     

绳牵引并联机器人悬链线优化解算方法

针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。     

1R2T绳索牵引并联康复机器人绳索弹性研究

该文以平面三自由度(1R2T型)绳索牵引康复机器人为对象,分析了绳索弹性和绳索拉力对骨盆(动平台)静态刚度的影响,发现不同绳索弹性时,相同绳索拉力对动平台静态刚度影响不同。利用ADAMS软件对绳索拉力和绳索刚度的影响情况进行了机构仿真,发现绳索弹性对系统静态刚度的影响比绳索拉力大。分析并仿真了系统受外界干扰后的振动状态,结果表明,增大绳索拉力可以提高系统的抗干扰性。建立了考虑绳索弹性的动力学方程,以期望轨迹通过逆动力学方程计算出的绳索拉力作为系统动力学的输入,用ADAMS和MATLAB进行系统动力学仿真和实验,结果表明,绳索的弹性使骨盆的实际运动范围变小,且出现了位姿误差,距起始点越远该误差越大。     

射电望远镜馈源支撑系统的振动特性

我国正在建造世界上最大的单一口径射电望远镜,其馈源支撑系统采用刚柔串联的两级并联机构实现精调定位。该文针对Stewart并联机构运动时反作用力会引起索并联机构振动的特点,对馈源支撑系统的振动特性进行分析。将6根绳索简化成6个弹簧阻尼器,利用Newton-Euler方法建立系统完整的动力学模型,推导出系统的状态方程,提出了数值求解方法,并利用Adams仿真进行了验证。数值方法分析结果表明:Stewart动平台上负载质量逐渐增加时,索平台的振动增大,响应变慢,绳索拉力的峰-峰值与负载质量大致呈线性变化。     

1R2T绳索牵引骨盆康复机器人动力学

运用影响系数方法对1R2T绳索牵引骨盆康复机器人的运动学进行了分析,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系,通过Matlab对骨盆步态中期望轨迹进行仿真,得到各根绳索加速度变化曲线;基于机器人力螺旋平衡方程,并利用牛顿欧拉法和达朗伯原理建立了机器人动力学模型.运用仿真方法对机器人逆动力学特性进行分析,得出绳索最小拉力阈值的设置对各根绳索拉力变化规律具有影响的结论.运用Matlab和Adams建立了机器人动力学模型,分别对是否考虑绳索刚度两种不同情况进行了联合仿真,结果证明所建模型的正确性,同时得出绳索最小拉力阈值和绳索刚度对系统运动性能的影响规律.     

绳驱动仿腕关节绳拉力分布和可控刚度特性分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即通过球副连接动平台与静平台实现腕关节的转动功能。考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,对机构的位姿结构进行静力学分析,获得绳索张力表达式,同时建立绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到绳拉力分布情况。通过建立运动学和静力学方程对机构进行受力分析,并引入线矢量和微分变换的方式,推导出机构的固有刚度和可控刚度,建立了腕关节静态位姿结构刚度模型,并给出刚度评价指标。分析绳索张力与机构刚度的关系和可控刚度对整体刚度的影响,数值仿真分析得出腕关节机构的位姿结构刚度在工作空间中的分布规律。     

提升钢丝绳的纵向振动特性研究

以矿井提升钢丝绳为研究对象,将钢丝绳视为轴向受力和轴向运动的变长度柔索,应用哈密顿原理建立了变长度提升钢丝绳纵向振动的偏微分方程。利用伽辽金离散化方法将偏微分方程转化为具有时变系数的常微分方程。最后,选取矿井提升常用的S型运行状态曲线作为输入参数,对所建立的模型进行仿真和数值求解。研究结果表明,分布参数建模能更有效地反映提升钢丝绳的纵向振动特性,并揭示了提升系统振动加剧的现象。     

利用有限元法进行电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电磁力的振动，并用电路参数的不同聚值对应变压器的不同运行模式－空载、常态和短路。分析结果表明：内绕组在径向受到压力，外绕组在径向受到张力，内、外绕组轴向电磁力比径向力小很多，而相邻线饼或线匝间由于电磁力的原因存在相互挤压。尤其在短路条件下，巨大的电动力将使变压器线圈产生变形，其局部或整体受到破坏，最后导致变压器发生故障。     

球形机器人水下系泊状态水流干扰运动分析

为了使球形机器人能在复杂水域安全工作和利用能量,对其锚定状态下受水流干扰的运动规律进行分析.首先针对机器人的形体结构特点,应用线性波理论和Morision方程对流体载荷进行描述,并以机器人锚定系统方程为基础,引入波浪水动力、重摆扰动力和绳索弹性力项,建立了球形水下机器人锚定状态波流联合激励的动力学模型.然后在搭建的虚拟仿真验证系统中对机器人的位移、绳索拉力和重摆摆角进行仿真和验证,总结出绳索锚定角和拉力随流速增加呈非线性变化规律及机器人在波浪幅值影响下的波动特性,结合绳索张紧和松弛状态交替现象分析绳索拉力和重摆摆角异常波动原因.研究结果为球形机器人对流体波浪能的吸收和转化提供理论基础.     

大射电望远镜馈源柔索支撑系统的建模与控制

根据柔索精确的悬链线解析表达式，推导出了两端固定时柔索初始长度与拉力之间的关系，从而能够精确而高效地获得柔索对两端节点的拉力，在此基础上应用牛顿-欧拉法建立了大射电望远镜馈源柔索支撑系统的动力学简化模型．针对该系统的非线性、慢时变、多变量耦合等特点，提出了一种带有自调整因子和比例积分校正环节的双模糊控制器来实现馈源轨迹跟踪．采用双模糊控制器对所建立的动力学模型进行了系统控制仿真实验．结果表明，该控制系统不仅能较好地跟踪期望信号，而且能满足馈源柔索支撑系统轨迹跟踪精度要求．     

隧道内货车篷布绳索拉力实车测试与分析

针对D型与X型篷布的有绳网和无绳网4种不同装载与加固方案,在不同时速下进行货车过隧道时篷布绳索拉力测试和全程跟踪监控摄像的实车试验.研究结果表明:篷布迎风面端部两侧晃动较大,背风面兜风严重;有网篷布顶部在隧道内起伏较小,无网篷布顶部起伏较大,速度较高时起伏明显加大;列车进隧道时篷布绳索受力突然增大,在隧道中逐渐减小,在隧道出口恢复明线水平;随着列车速度的提高,绳索受力逐渐增大;当列车速度为120 km/h时,D型篷布绳索最大拉力为609 N,X型篷布最大拉力为722 N;在相同工况下,D型篷布使用性能优于X型篷布的使用性能;篷布绳网在降低篷布绳索拉力中发挥了重要作用,有绳网篷布绳索受到的平均拉力比无绳网篷布受到的平均拉力小20%～60%.     

利用有限元法进行电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电磁力的振动 ,并用电路参数的不同取值对应变压器的不同运行模式—空载、常态和短路 .分析结果表明 :内绕组在径向受到压力 ,外绕组在径向受到张力 ,内、外绕组轴向电磁力比径向力小很多 ,而相邻线饼或线匝间由于电磁力的原因存在相互挤压 .尤其在短路条件下 ,巨大的电动力将使变压器线圈产生变形 ,其局部或整体受到破坏 ,最后导致变压器发生故障     

一种新型大过载飞行模拟器运动仿真分析

提出一种新型的基于绳牵引并联机器人技术的飞行模拟器,针对其大过载机动特性进行仿真分析。首先根据绳牵引并联机器人理论,设计了9根绳牵引具有6自由度的运动平台;通过建立平台动力学模型,设计了对干扰项进行补偿的前馈PD控制率;其中前馈项主要确保动态过程中绳索处于张紧状态。进一步给出了系统控制稳定性分析;并以大过载机动和单自由度俯仰振荡运动为例进行了数值仿真。分析结果表明,在大过载机动情况,瞬时正加速度超过4 g,平台位置能够迅速衰减并稳定;基于绳拉力前馈,可以避免绳索松弛,能够满足飞行员过载训练;俯仰运动也具有较好的跟踪特性。研究成果可为进一步分析工作空间、动态特性及控制稳定性等奠定基础,为绳牵引并联支撑的飞行模拟器设计提供指导与依据。     

考虑摩擦时,绳索跨过梭柱体或圆柱体拉力的计算

在生产实际中,经常遇到绳索跨过圆柱体(或滑轮)提升重物的情况,理论力学解这类问题时,一般都假定不计绳索与圆柱体之间的摩擦,即假设跨过圆柱体两侧的绳索拉力是相等的。下面介绍当计及摩擦情况下,绳索跨过圆柱体提升重物时拉力的计算方法。     

索杆铰接式伸展臂柔性索变形仿真

对索杆铰接式伸展臂中的柔性索部件进行仿真模拟,采用传统弹簧质点模型方法建立绳索模型,将此三维网格模型作为标量场,通过改变三角网格所对应的梯度场和散度,并利用泊松方程在Eigen以及OpenGL的支持下实现柔性索的模拟变形。针对弹簧质点模型受到弹簧长度制约而导致的绳索不连续情况进行优化提高仿真效果,具备实时的仿真交互能力。实验结果表明,柔性索的模拟变形仿真具有较好的细节效果,能够更加平滑的模拟柔性索,并且在数值计算上更加精确。     

转子系统局部热弯曲两种建模方式比较

局部热弯曲的转子系统建模方式有二维方法和三维方法两种,但两种方法的比较、适用范围的分析等尚未见报道.因此结合热传导学和转子动力学理论对局部热弯曲转子系统建模的两种方法进行详细阐述,并通过分析实际转子系统的热场、热变形、热弯曲振动,对两种建模方式的效率和精度进行分析和比较.研究结果表明:二维热场分析方法精度低但计算效率高,适用于输入热量集中的情况;三维热场分析方法精度高但计算效率低,适用于输入热量分散的情况.     

整车环境下动力总成悬置系统振动特性研究

基于动力总成悬置系统的振动处于整车环境的考虑,建立包含动力总成悬置系统的整车虚拟样机模型.对比六自由度和整车环境下动力总成悬置系统的固有特性;通过整车在B级路面行驶试验,分析动力总成悬置系统的振动响应特性;通过整车在极限工况行驶的模拟,对动力总成的位移和悬置元件的变形进行研究.结果表明:整车建模更好地反映实际振动情况,可用于动力总成悬置系统设计流程中的匹配设计、振动分析、动载荷校核和空间位置干涉校核等环节.