孔销式少齿差行星减速器的多目标优化及动力学仿真分析

为了达到减小减速器体积同时提高承载能力、降低运转冲击的目的，基于Hertz接触理论，引用销轴和销孔外廓参数和材料参数建立两者法向接触力的数学模型；选取减速器的5个尺寸参数为设计变量，构造8个非线性约束方程，建立起优化法向接触力和减速器体积的多目标优化模型.运用评价函数法和罚函数法求解计算实例，对优化模型进行验证，对比优化前后结果表明，减速器体积和法向接触力分别得到了13.1%和24.0%的优化率；利用ADAMS对法向接触力进行动力学仿真，得到优化前后的时域和频域仿真图，结果表明其平均优化率达到29.4%，与理论结果基本吻合.     

基于神经动力学的机器人位置/力规划方案

针对机器人在实际生产中因与环境相接触而可能导致损坏的问题,从运动学角度提出一种通过刚性系数将机器人位置误差和接触力误差建模和解耦的位置/力规划方案．该方案从机器人逆运动学出发,将末端执行器的接触力与位置误差建模为关于机器人速度与位置间的关系式,并且引入一种神经动力学模型．使用伪逆法对所提方案进行求解,将所得的解作为控制信号驱动机器人完成任务．数值仿真与实验结果表明：所提方案能够有效控制机器人完成轨迹跟踪的任务,末端执行器的接触力能够收敛到期望的接触力．     

新型内啮合齿轮压缩机的齿间接触力研究

为了使内啮合压缩机的材料选择准确、摩擦功耗减小、运行可靠性提高等，采用线弹性理论，在分别考虑缸体与外转子无间隙和有间隙的2种情况下，建立了齿面接触力计算的数学模型，该模型比有限元方法求解简单，并可得到接触力随转角的变化关系，特别是易于根据计算得到的结果合理设计和优化型线参数．研究结果表明：间隙会在很大程度上影响接触力的大小和变化规律；有间隙模型所得到的接触力数值比无间隙模型大10倍以上．考虑到实际转子压缩机中外转子和缸体之间不可避免地存在间隙，因此有间隙模型更接近于实际情况，而且在设计该压缩机时宜采用有间隙模型．     

水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究

基于水下精细作业任务需求,阐述了手爪关节驱动形式的选择过程,满足水下作业灵巧手体积小、效率高、负荷大、结构相对简单的要求．并在此基础上,探讨了接触力控制液压回路设计的基本思路,双闭环接触力控制系统的工作原理．为了精确地控制手指与目标间接触力,液压伺服单元选用Moog公司的D633系列伺服阀,实现接触力连续控制．     

基于旋量的机器人双轴孑L装配接触分析

利用旋量法对机器人装配过程的点接触、面接触的力约束进行理论分析．以双轴孔装配为例,分析了接触状态,计算了接触力,从而确定装配策略．旋量法比常规的几何方法简洁．该方法为今后研究复杂件的自动装配提供一定的理论基础．     

格栅加筋砂土拉拔试验界面特性的离散元模拟

采用二维颗粒流程序PFC2D建立格栅加筋砂土的格栅拉拔试验数值分析模型,分析了格栅拉拔过程中位移场、接触力、孔隙率、配位数等参数的变化规律.根据剪切带厚度将试样划分成四个区域,通过开发细观组构统计程序记录格栅拉拔过程中各区域砂土细观组构演化,探讨砂土颗粒的接触法向、接触力分量的各向异性演化规律及其与试样宏观抗剪强度之间的关系.研究结果表明:拉拔试验过程中,剪切带内平均法向接触力增大,切向接触力减小.剪切带内砂土抗剪强度受控于法向接触力及其各向异性的变化,拉拔过程中,砂土颗粒间法向接触力各向异性主方向的变化与大主应力的方向相一致.     

卡尔曼状态观测器在机器人力控制中的应用

为解决机器人与环境间接触力控制性能受机器人本身动力学参数时变、接触环境变化以及力测量信号干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼状态观测器的机器人力控制方案,采用递归最小二乘法来实时估计环境刚度矩阵,引入系统状态误差反馈和卡尔曼滤波算法实现机器人力控制系统对外界干扰及系统模型误差的补偿．实验结果表明：在环境刚度未知的条件下,采用该控制方法可使机器人末端与环境间接触力的误差控制在10％左右．     

基于自适应柔顺控制的航天器部件装配

利用机器人技术完成航天器部件的装配任务，是中国航天领域的研究重点。仅依靠位置控制完成装配任务时，装配误差的存在会导致航天器部件存在较大的接触力，从而破坏航天器部件的表面质量和表面涂层，进而影响航天器部件的服役寿命。因此，在装配过程中需要使用柔顺控制来调控接触力。目前，在机器人装配中应用的柔顺控制方法需要依据经验设定控制参数，而2个装配体之间的接触力与控制参数密切相关，这会导致接触力不可控。为避免接触力过大，该文提出了一种柔顺控制方法，通过装配过程中的接触力和状态信息，根据不同环境刚度自适应地调整柔顺控制的目标位置和控制参数。为了验证此方法的可行性，该文进行了仿真和实验研究，并与位置控制和经典的导纳控制进行比较，实验结果表明：该文提出的方法具有收敛速度快、残余接触力小、可自动调节控制参数等优势。该方法为航天器部件的机器人自主装配奠定了理论和技术的基础，并有望应用于实际航天器部件装配任务中。     

屈曲式微加速度开关设计与分析

根据弹性梁的大挠度后屈曲理论，建立了多力耦合作用下加速度开关系统的动力学模型，由此设计了一种新型屈曲式微机械加速度开关．该开关采用倾斜微梁支撑敏感质量块，将两折叠梁固定于质量块的上下表面，从而保证了开关动作的方向性．利用弹性线方法计算了倾斜支撑梁结构大挠度后屈曲的非线性刚度，分析了气膜阻尼力和触点接触力对系统性能的影响，并运用数值方法对含有椭圆积分的强非线性系统进行了动态特性分析．仿真结果表明，所设计的开关响应时间低于6ms，不稳定接触时间小于0．02ms，在闭合状态下触点的接触力大于50mN，与其他类型开关相比，它具有良好的闽值特性和接触可靠性，因此在惯性控制系统中具有广泛的应用前景．     

基于旋量的机器人双轴孔装配接触分析

利用旋量法对机器人装配过程的点接触、面接触的力约束进行理论分析，以双轴孔装配为例，分析了接触状态，计算了接触力，从而确定装配策略、旋量法比常规的几何方法简洁，该方法为今后研究复杂件的自动装配提供一定的理论基础。     

双圆弧齿轮接触有限元分析离散化网格自动生成算法

根据双圆弧齿轮面啮合分析，提出了一种接触有限元离散化网格的自动生成算法，其特点是可以精确计算啮合齿面的初始间隙，实现可能接触区网格的自动调整，不仅可以提高计算效率，而且可以提高齿轮接触问题的分析精度。     

粘弹性动接触问题的阻尼简化处理

动接触力算法是求解粘弹性动接触问题的精度较高的方法之一。为找到这一方法的阻尼简化处理方法 ,同时保持动接触力方法的精度 ,利用求解线性代数方程组的迭代格式 ,研究了阻尼系数同动接触力方程解的关系 ,给出了动接触力方程的级数形式的解。从该级数解中分离出阻尼影响项 ,从而为求解动接触力方程时的阻尼简化计算提供了理论依据 ,由此提出了动接触力方法的阻尼简化计算原则。数值算例表明 ,阻尼简化算法可以简化动接触力方程的求解 ,在不损失精度的同时减少计算量 ,可用于动接触力方法中对动接触力的计算。     

等曲率井眼中钻柱与井壁问接触力分析

建立了等曲率井眼中考虑轴向力和重力的钻柱平衡方程式，采用理论和非线性有限元的方法分析了等曲率井眼中钻柱与井壁之间的接触力。采用牛顿一拉普森方法对非线性有限元方程进行了迭代求解。要保证理论分析的精度，同样需要考虑边界条件。计算结果表明，由于外力的作用，钻柱紧贴于井壁的一侧时，钻柱的刚度对钻柱与井壁间的接触力无影响，此时，井眼曲率越大，钻柱与井壁之间的接触力越大。当外力不足以使钻柱紧贴于井壁的一侧时，钻柱的刚度对钻柱与井壁之间的接触力有影响。与理论分析相比，非线性有限元方法应用范围更广，解的精度更高。     

等曲率井眼中钻柱与井壁间接触力分析

建立了等曲率井眼中考虑轴向力和重力的钻柱平衡方程式,采用理论和非线性有限元的方法分析了等曲率井眼中钻柱与井壁之间的接触力。采用牛顿-拉普森方法对非线性有限元方程进行了迭代求解。要保证理论分析的精度,同样需要考虑边界条件。计算结果表明,由于外力的作用,钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁间的接触力无影响,此时,井眼曲率越大,钻柱与井壁之间的接触力越大。当外力不足以使钻柱紧贴于井壁的一侧时,钻柱的刚度对钻柱与井壁之间的接触力有影响。与理论分析相比,非线性有限元方法应用范围更广,解的精度更高。     

基于液滴局部轮廓的接触角测量方法

为了实现超疏表面上液滴的接触角测量,提出了基于液滴局部轮廓的接触角测量方法,通过超疏水表面的接触角测量实验对所提出的测量方法进行了验证。结果表明:基于液滴局部轮廓的接触角测量方法能有效稳定地测量出超疏水表面上的液滴接触角值;实施提出的接触角测量方法时需要测量点均布在液滴高度的2/5范围内的液滴轮廓上;基于液滴局部轮廓的接触角测量方法中接触点的选择误差对接触角测量结果的影响是可控的。可见基于液滴局部轮廓的接触角测量方法可用于表征表面的润湿性能。     

Contact position controlling for two-dimensional motion bodies by the boundary element method

An algorithm is presented for controlling two-dimensional motion contact bodies with conforming discretization. Since a kind of special boundary element is utilized in the algorithm, the displacement compatibility and traction equilibrium conditions at nodes can be satisfied simultaneously in arbitrary locations of the contact interface. In addition, a method is also proposed in which the contact boundary location can be moved flexibly on the possible contact boundary. This method is effective to deal with moving and rolling contact problems on a possible larger moving or rolling contact region. Numerical examples show effectiveness of the presented scheme.     

基于边界积分方程求解二维移动滚动接触问题

工程机械中,由于接触体之间的相对运动造成的损伤或疲劳一直是研究的重点。然而相对运动中,接触相对位置不断变化。为保证接触区应力精确模拟,需对所有可能接触区网格进行加密。为避免这一问题,采用网格更新法,保证仅当前时刻可能接触区网格需加密,并保证接触区节点一一对应。同时采用旋转坐标系法,推导出边界积分方程移动滚动前后时刻的等价性,避免积分重复计算。基于上述方法,提出二维移动滚动接触问题解方法并利用数值算例证明本文方法的有效性。     

对称弧形齿线圆柱齿轮的真实齿面接触分析研究

针对传统的齿面接触分析(TCA)方法在分析宽度较大的重载齿轮时误差较大的缺点,提出了一种基于全齿面整个啮合过程的真实齿面接触分析新方法.通过建立检验真实齿面的干涉判据,利用一系列连续变化的柱面去截取啮合齿面,得到一族瞬时接触线,从而可对整个啮合过程的齿面接触情况进行分析.用此法对弧形齿线圆柱齿轮进行了实例分析,分析结果表明此方法是正确可行的.与传统的TCA方法相比,该方法不仅能更确切地反映真实齿面的实际接触斑点,还能直观地判断是否发生齿面干涉.     

液压封隔器胶筒座封过程数值分析

液压封隔器是通过水力作用使胶筒在套管环空内鼓胀 ,而与套管内壁接触并产生一定接触压力 ,克服了封隔器上、下套管环空液流产生的压差 ,达到分层目的。在座封过程中 ,胶筒产生较大的几何变形 ,此时橡胶材料特性是非线性的 ,胶筒与套管内壁的接触过程也是一个状态非线性问题 ,即封隔器胶筒的座封过程是一个兼有状态、几何和材料的三重非线性问题。采用数值模拟方法 ,对封隔器胶筒压缩过程、座封后胶筒与套管的接触压力分布规律及胶筒与套管内壁之间摩擦系数对接触压力分布规律的影响进行了分析。研究结果表明 ,封隔器座封完成以后 ,上胶筒与套管的接触压力最小 ,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大 ,整体分布呈二次曲线形式。从单个胶筒来看 ,3个胶筒与套管接触面上的压力分布规律并不相同。上胶筒表面的接触压力呈拱形分布 ,而中间胶筒和下胶筒的接触压力呈鞍形分布。随着摩擦系数的增加 ,3个胶筒的接触压力都将降低 ,同时摩擦系数的变化也改变了 3个胶筒与套管接触压力的整体分布格局。当摩擦系数为 0 .3时 ,3个胶筒与套管接触压力最大值的变化梯度基本相等 ;当摩擦系数大于 0 .5时 ,只有下胶筒维持较高的接触压力。利用数值模拟方法 ,可以得到不同摩擦系数条件下胶筒的压缩位移与座封载荷变化的关系曲     

半刚性基层沥青路面层间接触临界状态值的计算方法

为了准确地模拟实际道路结构层的层间接触状态,计算荷载下道路结构层真实的应力、应变响应,采用分形理论和层间接触理论,对半刚性基层沥青路面层间接触状态进行微观分析;在此基础上建立了路面结构的层间接触模型,根据级配分形维数值的公式计算了沥青面层、半刚性基层层间接触临界值的大小.分析结果显示:在其他条件保持恒定的情况下,当层间有效接触面积大于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于弹性状态,宏观上路面结构表现出弹性性质;当层间有效接触面积小于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于塑性状态,宏观上路面开始发生塑性损伤变形.提出了依据级配计算路面结构层间接触状态值的方法,可以纠正我国道路结构设计规范里基于线弹性层状理论,假设层间接触完全连续或完全光滑与工程实践存在明显偏差情况,从而更清晰的分析路面微观结构与宏观路用性能之间关系.