柔性多体系统动力学的研究进展与建模方法

随着空间技术和空间应用等领域需求的不断扩大以及机器人技术的发展,使得考虑部件柔性的系统动力学分析的研究备受重视.简述了柔性多体系统动力学的研究进展,讨论了柔性多体系统动力学建模过程中的建模方法、离散化方法以及坐标系的选择,最后总结并展望了柔性多体系统动力学后续要研究的问题.     

柴油机曲轴系多体动力学仿真分析

基于虚拟样机技术,结合有限元法(FEM)和多体系统仿真(MSS)方法,对柴油机曲轴系进行多体动力学仿真分析。首先建立了包括曲轴柔性体以及活塞连杆组等刚性体在内的三维实体曲轴系多体动力学模型,通过进行曲轴系统在发动机真实工况下的柔性多体动力学仿真计算,得到柴油机主轴承载荷和活塞侧推力等数据。研究结果表明,柔性多体动力学仿真分析结果与实际情况基本相符,可以很好的描述曲轴系动力学特性,从而为内燃机整机振动、噪声分析提供可靠的边界条件。     

含闭链的柔性多体系统的动力学方程

应用Maggi型方程得到了含有闭链的最一般的柔性多体系统的动力学方程,从而扩展了运用整体观点研究柔性多体系统动力学的范围。     

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.     

热动力发动机柔性体动力学仿真分析

以热动力发动机为研究对象,应用多体系统动力学对发动机的活塞连杆机构进行仿真研究,基于动力学仿真软件AD-AMS和通用有限元软件ANSYS相结合,利用柔性体动力学仿真得到在工作状态下柔性连杆对系统性能的影响,并用有限元对连杆的动应力分布进行计算和分析,使得在结构设计阶段就对可以系统性能进行评价,为发动机的设计和生产调试奠定基础。     

计及动力刚化的柔性多体系统动力分析

利用几何非线性的应变－位移关系,在小应变假设条件下,得到了一般柔性构件弹性变形的广义坐标二阶小量表达式。     

内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析

在进行内燃机活塞－连杆－曲轴系统的多体系统动力学分析中考虑了曲轴主轴承和连杆两端轴承的流体动力润滑作用，建立了内燃机系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型，通过机械系统动力学分析软件AMAMS和自行编写的计算流体动力润滑程序之间的连接调用，进行了系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析，分析结果表明：在内内燃机活塞－连杆－曲轴系统动力学分析中考虑油膜动力润滑作用后缸体的动态受力峰值降低，润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用，以不考虑油膜动力耦合作用的动力学分析作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度，在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是非常必要的。     

复杂柔性多体系统耦合动力学的键合图法

为提高多能域耦合复杂平面连杆机构系统动力学分析的效率及可靠性,提出了键合图法.阐述了非惯性系下综合考虑刚、弹性及多能域相互耦合的平面柔性多体系统键合图模型的建立方法,推导出便于计算机自动生成的完整形式的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式.将约束反力视做未知势源加在系统键合图相应的0-结处,克服了微分因果关系及非线性结型结构所带来的难以解决的代数问题,实现了计算机自动建模及仿真.最后通过实际算例验证了所述方法的有效性.     

基于OpenMP和Pardiso的柔性多体系统动力学并行计算

为加快大型、复杂柔性多体系统的动力学仿真的速度,对多体系统动力学的并行算法进行研究。首先分析了微分代数方程(differential algebraic equations,DAEs)在数值计算求解过程中主要的计算量。据此,提出采用OpenMP并行计算系统的刚度矩阵、右端项和采用并行的稀疏线性方程组求解器Pardiso对线性方程组进行求解的并行策略。将这两种并行策略应用到自主开发的柔性多体系统动力学软件THUSolver中,实现了对多体系统动力学的并行计算。通过两个工程算例的仿真得到并行的加速比和计算效率,结果表明:采用的两种并行策略都有很高的计算效率,能大幅提高多体系统动力学仿真的速度。     

柔性多体机械臂动力学仿真

本文介绍基于Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理的柔性多体机械臂动力学方程的单向递推组集方法，并根据该方法开发了柔性多体系统动力学仿真软件ＦＭＳ，文末对空间四连杆机械臂机器人操作手进行了动力学仿真．     

基于多体系统动力学的某V型发动机 配气机构总成的动态仿真研究

针对某V型发动机配气机构,以ADAMS为仿真平台,建立了单个配气机构以及含凸轮轴柔性体的配气机构总成的多体系统模型,并对其进行相应的动力学仿真分析. 结果表明,凸轮轴变形以及各缸配气机构的动力耦合,对配气机构的动态性能有一定的影响,凸轮轴轴承所承受的载荷主要受相邻气缸各气门机构凸轮载荷及其合力的影响.     

弹性支承下的齿轮传动动力学仿真分析

为了准确得到齿轮传动系统动态特性,对传动轴进行离散处理.数值模拟齿轮啮合内部动态激励,采用改进的齿轮副动力学模型进行计算;同时,模拟各滚动轴承在润滑接触下的动态特性,考虑齿轮啮合时变特性、传动轴的弯扭耦合和支承弹性建立单级齿轮传动样机模型.仿真结果表明,支承条件不同会导致仿真结果差异较大,弹性支承更符合实际.     

微型客车整车多体系统动力学的建模与仿真

国内某微型客车采用了若干体现当今微型车发展方向的结构特征。在ADAMS软件系统基础上，建立了该车整车多体系统动力学的仿真模型，验证了应用该模型模拟仿真整车操纵稳定性的准确性；通过方向盘转角阶跃输入、蛇行转向、直线制动和复杂道路等典型行驶工况性能仿真分析，从多个方面对整车的操纵稳定性进行了分析和评估。     

磁头—磁盘气膜轴承的静态和动态特性研究

以计算传热学和流体力学中广泛应用的Patankar-Spalding 方法为基础,引入求解Reynolds 方程的压力分布,进一步用非线性轨迹法计算了磁头—磁盘气膜轴承的静态膜厚和磁头俯仰角,以及磁头受扰动后的非线性运动轨迹,并用数字化飞高测试仪测量了磁头飞行高度.理论计算和试验数据基本吻合,证明理论计算和分析是正确可靠的.通过对支承导轨表面开槽和无槽两种结构的磁头进行比较和分析,指出了表面开槽是改善磁头—磁盘气膜轴承的静态和动态特性的一条有效途径.     

刚体-柔性梁系统的撞击动力学分析

该文研究了刚体-柔性梁系统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,并采用假设模态描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。基于系统的动力学方程导出撞击时系统的广义冲量-动量方程,与撞击恢复系数方程相结合求出撞击动力学响应。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刚体-柔性梁系统的动力学进行了探讨。     

非牛顿特性下冷挤压流体动力润滑模型的建立

应用磨擦学和金属塑性成形理论，对冷挤压工艺中的流体动力润滑机理进行了分析。针对冷挤压高压、大剪应变率工况下，润滑剂呈非牛顿特性的特点，运用Ostwald非牛顿体模型，分别建立了冷挤压非稳定流体动力润滑状态和稳定流体动力润滑状态的数学模型，并运用该模型对以蓖麻油作润滑剂的纯铝冷挤压进行了分析。计算结果揭示了冷挤压过程中，润滑油膜厚度及油膜压力的分布。