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.     

多柔体系统碰撞的动力学建模研究

针对多体碰撞时无法详细描述碰撞过程的问题,本文利用碰撞弹簧概念,结合多柔体系统动力学方程,建立了多体系统坠落碰撞的动力学模型,并通过求出响应,使这一问题得到解决。     

时变多体系统动力学建模

随着计算机并行运算的发展，为满足多体机构改进设计，优化制造的需要，本文对时鸾我体系统进行了分析，通过引入一套新的坐标系，建立了较切合实际的力学模型，推导出了一种新型递推公式，为进行动力学响应分析及提高计算效益打下了基础。     

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.     

双臂移动机器人的多体动力学建模与仿真

本文基于多体系统离散时间传递矩阵法,首先构建了双臂移动机器人的车体以及机械臂各杆件的刚体模型,推导出各元件所对应的传递矩阵;然后进一步得出了双臂移动机器人分叉链式多体系统的统一整体动力学方程,综合研究了机器人内部各元件之间的运动学及动力学的关系;最后采用MATLAB软件对动力学方程进行数值仿真.通过对仿真结果的分析,不仅验证了理论的正确性,也得到了各个关节的力矩的大小及变化规律,便于驱动电机的选型,同时为后续的控制系统设计提供了重要的理论依据.     

多体系统动力学刚性方程广义-α投影法

利用约束投影方法,将广义-α方法进行改进应用于多体系统动力学刚性方程求解．与位移约束、速度级约束和加速度级约束投影的结合可以使各级约束在长时间仿真情况下能够同时在较高精度上得到保持;将能量保持作为约束流形进行投影,可以在长时间仿真时将能量变化控制在较小范围内,避免广义-α方法引入数值阻尼后产生的能量衰减问题．     

零空间在多体系统动力学中的应用

用约束方程的雅可比矩阵的零空间建立独立坐标形式的多体系统动力学方程给出了求零空间的一种简易方法和动力学数值分析的过程.最后举了一个算例。     

求解受约束的多体系统动力学的一种方法

用自然坐标描述多体系统,经过约束方程的雅可比矩阵的零空间建立了自然坐标形式的多体系统动力学方程,并进而表示成广义动量的形式,给出了其数值分析的过程,最后举了一个算例。     

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。     

加速度分解对定常约束多体系统的动力学分析

通过约束矩阵及其正交补的两组基，将定常约束多体系统的动力学方程沿与约束相容和不相容的两个方向上投影，并将系统的广义加速度沿这两个方向进行分解，得到描述系统的纯微分方程和求约束力的公式，同时提出了违约修正的一种方法。最后给出了一个说明性例子。     

基于多体动力学的直升机桨叶特性仿真分析

 针对无人直升机旋翼桨叶性能改进升级的实际需求,以200 kg 级无人机旋翼为原型建模,利用COMOSOL 软件对直升机桨叶特性进行仿真分析研究。基于叶素法建立了桨叶升力的数学模型,克服了常规旋翼动力学仿真分析时气动载荷加载棘手的难题;通过研究直升机桨叶的空间旋转运动与其弹性变形间的耦合关系,得出了桨叶攻角、升力、桨尖位移随总距以及周期变距的变化曲线。将仿真结果与常规数值分析结果比较,验证了仿真结果的准确性。根据仿真结果提出了对桨叶迎角、桨叶前缘刚度等的具体改进建议,可为桨叶的改进设计提供参考依据。     

基于空间算子代数理论的多体系统 雅可比矩阵及其逆的描述与实现

雅可比矩阵及其逆在运动学和动力学方程的计算中有非常广泛的用途.使用空间算子代数理论来对雅可比矩阵及其逆的结构进行研究,形成了高效的速度和静力递推算法.随后对链式多体系统的D-H参数表达进行了进一步的研究,结合空间算子代数理论给出了雅可比矩阵及其逆的软件实现流程.最后,运用Matlab@符号计算库对雅可比矩阵及其逆的计算进行了实现,并通过与实际算例的对比验证了该方法的有效性.     

基于多体动力学的船舶柴油机主轴承润滑特性

为准确分析二冲程船舶柴油机工作时主轴承润滑特性,在ANSYS中建立曲轴、活塞、连杆等部件的有限元模型,采用子结构法对其进行结构缩减,并将结果文件导入EX-CITE软件中,建立轴系非线性多体动力学模型.采用该模型对主轴承进行了一个循环的弹性动力学计算.结果表明,与刚体分析方法相比,采用非线性多体动力学方法可获得更接近实际的轴承载荷的边界条件,提高了船舶柴油机主轴承润滑特性计算精度.     

基于非线性多体动力学和有限元法的柴油机曲轴动态强度分析

为更准确地分析曲轴在运行工况下的动力学响应特性,采用Pro/E 3D软件对CA4D32柴油机曲轴、轴承等部件进行三维实体有限元建模,并将模型导入非线性多体动力学分析软件AVL Excite,添加连接单元,建立轴系非线性多体动力学模型,计算了一个工作循环的主轴承载荷变化.将非线性多体动力学轴系位移量计算结果作为曲轴三维实体有限元精细模型的载荷边界条件,完成了一个循环曲轴动应力计算.结果表明,与刚性体的分析方法相比较,采用非线性多体动力学分析方法可获得更接近实际的有限元模型的载荷边界条件,提高了曲轴强度的计算精度.     

A new application of multi-body system dynamics in vehicle-road interaction simulation

In vehicle-road interaction simulation, multi-body system (MBS) dynamics as well as the corresponding software ADAMS has been employed to model the nonlinear vehicle in more detail. The simulation method has been validated by the test data, and been compared to the former simple models. This method can be used for estimating the effects of dynamic tire forces and other vehicle features on road damage so that the "road-friendliness" can be assessed in vehicle design process.     

基于疲劳寿命的多体结构优化方法研究

针对某型运输机前起落架,通过运用MSC工程软件,建立了一套基于疲劳寿命的多体结构优化方法。该方法首先通过多体动力学仿真,获得前起落架的工作载荷历程。然后应用有限元和疲劳分析进行联合求解,预测前起落架的疲劳寿命。而后根据预测结果,找出部件结构的最薄弱环节,并应用结构优化方法对结构细节进行优化处理,使结构薄弱环节的疲劳寿命提高,从而达到延长整个多体结构疲劳寿命的目的。     

缆绳直径对多浮体系统动力性能的影响

为了解多浮体系统动力性能与系泊缆直径的关系,利用频域势流理论对柔性多浮体系统进行理论分析,计算出浮体运动RAO(响应幅值算子),讨论了波向角为0°,45°和90°工况下系泊缆直径对浮体运动响应和缆索张力的影响。结果显示,系泊缆直径从56mm渐增至114mm时,穿梭油轮的最大水平位移减小,最大横摇角增大,柔性装置的水平运动响应增强,浮体间最大系泊缆力的最大张力增大2~5倍;受柔性装置扭转效应的影响,最大系泊链力随直径渐增而迅速增大。分析表明,系泊缆直径是调节多浮体系统性能的一个重要参数,对整个系统的动力性能有显著影响,设计时应予以充分考虑。     

基于传质现象的锂电池机理建模

在比较分析各类蓄电池系统模型的基础上,提出一种基于传质现象的锂电池简化机理模型.采用COMSOL v3.5软件针对型号为IHR 18650的锰酸锂离子电池进行仿真研究,并通过放电实验对简化模型的有效性进行验证.结果表明,提出的简化模型能够较为准确地描述锂离子电池的外部特性.文中进一步对不同充/放电电流条件下的锂离子浓度和电势分布情况、设计参数对锂电池性能的影响以及锂离子浓度和电势分布随电池充/放过程的变化情况进行了仿真分析.     

多体动力学仿真在柴油机平衡性预测中的应用

为了消除作用在柴油机机体上的不平衡一级往复惯性力,提出了一种基于多体动力学仿真技术的方法,通过振动分析来评价发动机的平衡性是否达到预计的设计目标.建立了柴油机的动力学模型,根据设计结果设定平衡轴的参数,对某单缸柴油机不安装和安装一级平衡轴100%平衡一阶往复惯性力的平衡轴进行仿真,结果表明:安装一级平衡轴后,各悬置3个方向的一阶振动速度明显降低,有助于改善整机的NVH(噪声、振动、舒适性)性能,仿真结果与实验结果基本符合.     

多体系统差异度测量与系统引力

当前学者认为共度更多的是系统内部特征,差异度更多的是系统外部特征;系统基于共性才得以组建,系统因为差异度太多而引致分裂。行文根据同基同构的要素无法生成系统,即一个稳定系统内的子系统需在其组成要素的成分、量、三维构型以及其在系统中的空间位序和功能方面存在差异。参照同一知识元胞被越少子系统共享则其携带的差异度也就越大的原则,设计了衡量系统差异性的指标;在对含时系统测度过程中,提出学习引致差异度品质变差的观点,即学习的过程是知识共享的过程;同时在分析差异度引致子系统团聚中引入系统引力的概念,即把系统引力表征为差异度的函数。