考虑波纹度的滚珠直线导轨动力学建模研究

以滚珠直线导轨为研究对象,在实际测试的基础上提出了导轨系统中滚道表面波纹度数学模型,建立了滚珠与滚道因波纹度引起的接触量变化的解析模型.基于赫兹接触理论分析了滚珠与滚道之间接触量与接触力的关系,将滑块简化为一个刚体,建立滑块的动力学方程;在一定速度条件下对该方程进行求解,并与试验测试的结果进行对比,验证了所建立的导轨系统动力学模型的有效性.数值计算结果表明:在导轨系统振动的研究中滚道波纹度是不可忽略的因素.     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题.采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程.采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程.文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨.     

柔性多体系统弹性碰撞动力学建模

以平面柔性双摆为研究对象,基于Hertz接触理论,考虑几何非线性,用变分原理建立了柔性体的动力学变分方程,根据运动学约束关系,运用缩并法,建立了柔性双摆系统接触碰撞的动力学方程.首先通过柔性单摆和固定刚性物体的撞击实验验证了建模理论的正确性.在此基础上,对柔性双摆系统进行仿真计算,得到了撞击力变化规律,并揭示了横向变形和角速度在冲击波传播过程中的突变现象.     

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。     

空间等离子体环境中航天器的带电特性

通过简化航天器表面建立了一维粒子层模型,基于静电场理论的Poisson方程、等离子体理论的Boltzmann方程和电动力学的动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型.利用模型总结了航天器表面带电粒子运动速度、带电粒子密度、航天器表面电位随充电时间的变化规律,分析了空间等离子体环境参数对航天器表面充电电位的影响.研究结果可为航天器带电防护设计提供一定的理论依据.     

超细长弹性杆的动力学模型及动力学方程解的存在性

在kirchhoff弹性杆理论框架下,考虑可以扭转、弯曲、剪切、拉伸并受到内力作用的弹性杆模型.在截面主轴坐标系下,建立了利用剪切拉伸向量描述的运动弹性杆的动力学模型;根据Doliwa和Santin提出的曲线运动方程的可解性理论,利用Lax方程可解性,分析了该动力学模型解的存在性,为对这一类动力学方程进行数值求解和数值模拟提供了理论依据.     

机械手与粘弹性物体碰撞的模型

当机器人与它们工作环境中的物体接触时会出现不稳定性。本文提出了末端作用器与物体相碰时各种不同时态模型,同时研究了冲击力的影响。末端作用器与之接触的物体可以髟不同的粘弹性模型来表示。这里冲击力是用“修改赫兹型”和“修改指数函数型”碰撞模型来计算的。为了简化分析,分析中用的机械手是一个平面上由两个转动关了和硬连杆组成的。通过研究提供了碰撞和物体的粘弹性模型,模型主要依赖于接触的几何形状和互相接触物体的表面材料,模型提供了接触中力和运动的关系,这些关系可用于模拟和控制。     

飞网捕获机构中受约束绳索的建模方法研究

针对飞网捕获系统中大量非光滑接触以及刚柔耦合造成的动力学建模困难问题,提出一个简化模型。该模型将收口绳索与收口环和分离体之间的接触视为滑移关节,并采用约束方法开展动力学研究。考虑到滑移关节的碰撞,引入接触刚度,建立滑移关节的接触动力学方程。利用绝对节点坐标法描述绳索单元,采用虚功原理建立绳索单元动力学模型;对于分离体等刚体,采用四元数描述,建立刚体含约束动力学方程。对收口系统的收口过程建模仿真,得到绳索和牵引质量块的运动规律,并对比不同收口环数目下的收口时间和收口程度。研究结果表明,收口环的数目增加可以使边线绳收缩得更加紧凑,但较多的收口环会延长收口时间,降低收口效率。     

自仿射接触点及其在分形接触理论中的应用

为了深入研究分形方法在接触理论中的应用,利用数值模拟实验研究了分形粗糙表面的接触机理,并提出了自仿射接触点的概念。该概念充分利用分形函数自仿射的优点,改善了传统分形接触理论中微凸体不满足分形特性的缺陷,去除了接触理论中微凸体相互作用无法考虑等假设。将自仿射概念应用于分形接触理论中,建立了新的接触模型。模型基于粗糙表面均为各向同性的无润滑表面且可以利用W-M函数模拟的假设,利用接触中接触点最大变形量与接触面积的关系,对分形接触模型进行修正,得到更符合实际情况的分形接触理论。与经典的统计及分形接触模型进行对比,结果表明:G-W模型是一个弹性模型,较少考虑塑性接触,因此G-W模型在整体上会低估粗糙表面的接触压力;M-B模型利用单个余弦函数模拟微凸体,得到的最大接触变形量偏小,且微凸体尺寸分布函数的使用也不准确,M-B模型高估了接触压力;提出的基于自仿射接触点的分形接触模型利用自仿射接触点代替微凸体进行理论推导,能更准确地计算出接触压力;在相同的接触面积下,粗糙表面分形维数越大或分形特征尺度越小,接触压力越小。     

一种非静压的平面二维水动力学模型

将N—S方程中的压力分解为静压和动压并将水平动量方程沿水深积分,垂向动量方程则只考虑动压梯度项．求解过程分解为静压步和非静压步,采用有限差分法离散水平动量方程,基于Keller-box格式离散垂向动量方程,得到关于动压的泊松方程并采用稳定双共轭梯度法求解,最后根据动压更新流速和水位,建立了一种非静压的平面二维水动力学模型．利用孤波和规则波的算例验证了模型的有效性．     

微重环境下平移圆柱贮箱液固耦合系统的动力响应研究

以一种新的方法建立了在微重力环境、横向激励下圆柱贮箱液固耦合系统的动力学方程．对耦合系统的液体子系统采用压力体积分形式的拉格朗日函数，并将速度势函数在自由液面处作波高函数的级数展开，从而导出自由液面运动学和动力学边界条件的非线性方程组，而对结构子系统则采用标准形式的拉格朗日函数（动能减去势能），用变分原理和拉格朗日方程建立耦合系统的动力学方程，最后用4阶Runge-Kutta法求解非线性方程组，得到了耦舍系统的幅频特性曲线．此方法大大减少了公式推导量，而且得到的是降阶的耦合方程组．计算发现：随着Bond数的减小，耦合系统的响应频率先增大后减小，而响应幅值逐渐增大．     

多孔介质粘滞指进中的毛细效应

建立了考虑毛细效应时多孔介质中二相流驱替的物理模型及动力学方程,提出了一种求解此类方程的近似方法,通过计算机模拟,得到了相应驱替前沿的分形生长图形,与未考虑毛细效应时的图形比较,发现其孔隙尺寸范围的分枝结构变弱,其表面相对光滑,分维值减少,从而证实了毛细效应的孔隙尺寸范围抑制指进型分枝结构的结论．     

轴向受载的高速滚动轴承动态特性分析

根据Hertz接触理论和刚性套圈理论,建立了轴向受载时高速滚动轴承的力学模型,得到了组成该模型的动态特性方程组。针对传统Newton-Raphson迭代方法对所建立的动态特性方程组求解过程中对初值敏感、不易收敛和振荡的问题,提出了基于遗传算法的求解方法,并将所得结果与传统Newton-Raphson方法结果进行了对比。结果表明,遗传算法可以有效求解高速滚动轴承的动态特性方程组,避免了传统方法的缺点,提高了编程效率。     

汽车一般双轴悬架模型及其平顺性分析

对前后悬架幅频特性不同，悬挂质量分配系统不等于1的一般的汽车双轴悬架模型，由于前后悬架存在动力学上的耦合，单纯采用微分方程分析会出现困难，笔者采用动力学微分方程转化为状态方程的分析方法，将前后轮双输入折算为前轮单输入，从而方便地求出车身上任一点垂直加速度对前轮路面不平度速度输入的幅频特性和车身俯仰角加速度对前轮路面不平度速度输入的幅频特性，基于此方法，分析了不同的悬挂质量分配系数对一般双轴模型平顺性的影响。     

饱和地基三维非轴对称动力响应

通过Laplace变换，建立了各向同性弹性饱和土在圆柱坐标系下，基于Laplace变换域内的Biot非轴对称波动方程；利用方位角的Fourier变换和径向Hankel变换，将波动方程转入为一组二阶常微分方程组；求解波动方程后，得到有限层厚的饱和地基的位移和应力通解;进而结合饱和地基的边界条件和排水条件，求解了任意竖向力作用下，饱和半空间地基的动力响应问题。     

斗轮堆取料机卧塌事故分析

建立了火力发电厂用斗轮堆取料机卧塌过程中配重架下落过程的动力学分析模型,分析配重架的运动和受力情况,给出了配重架运动学方程和动力学方程,计算得到斜拉杆和前铰支座处受力大小及其变化规律,评价配重架的下落对斗轮机整体稳定性的影响,研究结论为事故的分析与鉴定,以及该类产品的改进设计提供了理论依据。     

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好．所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段．     

风电齿轮箱传动误差分析及振动噪声预估

针对一级行星两级平行轴风电齿轮传动系统,综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差等因素,建立31个自由度的弯扭轴耦合集中参数动力学模型,采用变步长Runge-Kutta法对系统动力学微分方程进行求解,得出齿轮传动系统各级传动误差;借助软件建立风电齿轮箱刚柔耦合动力学模型,并导入传动误差,采用模态叠加法求得齿轮箱轴承支反力,并将其作为声振耦合模型的边界条件,采用声学有限元法对风电齿轮箱进行振动噪声预估,并与试验结果对比分析,两者吻合良好。     

弧齿锥齿轮齿面和过渡曲面的方程与数值计算

针对用 SGM法加工的弧齿锥齿轮,用矢量法推导了工作齿面和齿根过渡曲面的矢量方程,用牛顿迭代法求解。编制了电算程序,完成了轮齿图形仿真,为弧齿锥齿轮的有限元建模、分析轮齿强度和动态响应提供了精确的几何基础。