张拉整体机器人杆件后屈曲驱动行走数值仿真

球形张拉整体机器人与传统的轮式、足式机器人相比,具有高强度质量比、缓冲性能好、地形适应力强等优点,在深空探测中有着广阔的应用前景。球形张拉整体机器人常采用绳索驱动模式,但在驱动行走过程中,过多的驱动数目给球形张拉整体机器人的制造与控制带来了困难。提出了一种基于柔性杆件后屈曲变形的新型驱动模式,实现了球形张拉整体机器人行走过程的数值仿真,并对绳索驱动和杆件后屈曲驱动模式的效率进行了比较。通过椭圆积分法,求得单根杆件在后屈曲变形中的精确解。基于该理论在ADAMS中建立考虑杆件后屈曲变形、接触、摩擦的球形张拉整体机器人刚柔耦合动力学仿真模型。通过ADAMS与Simulink软件联合仿真,利用贪心搜索(greedy search)算法,确定了球形张拉整体机器人的基本步态。在Simulink软件中建立控制系统模型,实现了机器人在杆件后屈曲驱动模式下,向任意目标点的行走控制。对比传统绳索驱动,杆件后屈曲驱动模式下,机器人连续行走所需驱动器数目从18个减少到6个,行走速度提高了43.78%。研究结果为新型张拉整体机器人的设计与制造提供了理论指导。

非均质物理双摆的混沌特性研究

为了解决工程实际中材料质量不均匀分布对双摆系统运动的影响,在均质物理双摆模型的基础上,将摆的质心位置和摆的转动惯量提取为变量,建立非均质双摆模型。将非均质双摆系统由Hamilton系统近似为拟Hamilton系统,运用双自由度的Melnikov法,得到拟Hamilton系统存在Smale马蹄意义下混沌的能量阈值,以此作为Hamilton系统的混沌条件。利用最大Lyapunov指数图、分岔图、Poincaré截面图等数值方法验证混沌条件的正确性,并详细分析了各参数对系统运动状态的影响和作用机制。结果表明,非均质双摆的混沌阈值有较高复杂性,而且摆长、摆重、第一摆的质心位置同时影响着系统的能量与混沌阈值,解释了质心位置和转动惯量等参数发生变化时,系统在混沌和拟周期之间交替变换的原因。进一步研究了参数取值与Melnikov法适用性之间的关系,通过数值仿真分类讨论了Melnikov法不适用时的参数取值情况。

我校基础力学在教与学方面的过程改革举措——虚拟仿真实验建设

本校建设的虚拟仿真实验以地外天体探测为背景,四足机器人总体设计为目标,通过机身负载、支撑腿的几何设计及运动规划来实现机器人期望的运动,考察在随机坡度与低重力环境下的行走稳定特性。实验采用“虚实结合”的手段引导学生自主探索力学基础知识在机器人运动特性设计上的运用,帮助学生理解低重力环境对结构力学特性的影响。实验具有设计自由、交互性与扩展性强的特点,能培养学生综合运用基础理论知识解决复杂工程问题的能力。

基于遗传算法的结构支撑位置优化

采用整数编码、实数编码、种群隔离机制、算术杂交、非均匀随机变异等新理论设计了一种广义遗传算法,并将该算法应用于结构支撑位置优化问题。数值算例表明,该方法能够很好地求解支撑具有弯曲刚度的结构支撑位置优化问题,对于一般支撑位置优化问题具有较强的适用性。

基于Patran环境的框架结构参数化有限元分析

MSC PATRAN软件只需输入必要的设计参数,就可以自动完成所开发产品的有限元分析。对一实际的框架结构实现了参数化有限元计算模型的建立以及约束和载荷的自动施加,从而实现了某框架结构的自动化静力有限元分析。开发的参数化设计软件系统具有弹出式菜单风格,便于设计人员使用。通过实际工程实例的计算,证明了所开发软件的正确性。

旋转梁的固有频率计算

基于Kane式动力学方程 ,建立了旋转梁一般形式的有限元动力学方程 ,它适用于任意截面形式的旋转梁。利用梁截面参数导出了旋转梁的显式三维梁单元矩阵 ,最后计算了旋转梁的固有频率并与常规计算进行了比较。

高炉炉顶煤气管道球形节点有限元分析

建立了高炉炉顶煤气管道球形节点力学模型 ,提出了边界条件和载荷的处理方法。对高炉炉顶煤气管道球形节点进行了有限元计算 ,求出了应力分布规律 ,对球壳的安全性进行了评价。

多孔硅橡胶材料有限元计算的切线本构矩阵

为进行多孔硅橡胶材料非线性有限元计算 ,针对用伸长比表示的应变能函数 ,推导了多孔硅橡胶材料非线性有限元计算中切线本构关系的具体形式。并采用便于编程的矩阵记法 。

旋转梁的有限元动力学方程及其单元矩阵

基于Ｋａｎｅ式动力学方程，建立了旋转梁一般形式的有限元动力学方程，并在此基础上，推导了旋转梁的显式三维梁单元矩阵，最后用算例说明了公式的正确性。

机械臂的终端柔性杆的振动分析

用Ｊｏｕｒｄａｉｎ形式的动力学普遍方程推导出具有终端柔性体的多体系统在具有已知的刚体运动情况下，终端柔性体对于其连体坐标系的时变有限元动力学方程，再用Ｎｅｕｍａｎｎ级数—直接积分法进行数值分析，用一经典的算例说明了所建立的方程与分析方法的有效性。

非线性动力学方程的Neumann级数──直接积分解法

提出了用直接积分和Ｎｅｕｍａｎｎ级数相结合求解非线性动力学方程的方法，并用算例验证了该方法的有效性。

基于均匀七次B样条插值求解动力响应的逐步积分法

为求解结构动力响应提出新的时间积分法。该方法采用均匀七次B样条插值近似对局部时间域节点位移、速度及加速度进行离散。给出动力平衡方程求解的逆推格式与算法流程。分析表明,通过选择合适参数可提高计算精度,且使算法绝对稳定。计算数值解精度较高,明显优于传统的Newmark法与Wilson-θ法。

采用响应面法的摩托车车架可靠性分析

针对传统摩托车安全性设计以应力强度为基础,其设计结果往往不是最优的问题,将车架各杆件的直径、厚度及在实际工作中所受的载荷等作为不确定变量,进行可靠性优化设计。通过ABAQUS有限元软件建立摩托车车架的CAE分析模型,编制Matlab程序,调用ABAQUS计算模块,完成车架有限元分析,生成二次多项式序列响应面函数。利用改进的一次二阶矩法实现摩托车车架的可靠性优化设计。

6-PSS柔性并联机器人动力学分析与仿真

为了提高风洞试验的安全性,对风洞试验用6-PSS并联机构进行柔性动力学分析。首先,对机构进行运动学分析,得到机构的运动学逆解,利用一阶影响系数法,推导出机构雅可比矩阵。其次,在拉格朗日方程基础上,采用一种合理简化模型动力学建模方法,给出机构动力学方程。提出一种简单实用的柔性动力学建模方法,运用ADAMS软件建立机构的柔性动力学模型,进行并联机构的柔性动力学仿真。对比刚体动力学和柔性动力学曲线,验证了柔性动力学仿真的正确性。最后,分析柔性动力学中驱动力和柔性变形等数据曲线,总结出并联机构柔性状态下动力学特征。

一维不定参数结构系统振动特征问题的摄动传递矩阵法

基于Riccati传递矩阵法,给出了一维不确定参数结构系统振动特征问题的二阶摄动计算方法,该方法适用于一般的一维结构系统的实数和复数特征问题的分析,并给出了结构振动特征的灵敏度计算公式· 算例对转子的陀螺特征值问题进行了摄动分析。

粘弹性运动带动力响应分析

基于Kelvin粘弹性材料本构模型及带运动方程,建立了运动带非线性动力学分析模型· 基于该模型和Lie群分析方法推导了匀速运动及简谐运动带线性问题的解析解;基于该非线性模型的数值仿真讨论了运动带材料参数、带稳态运动速度、扰动速度对系统动态响应的影响· 结果表明:1)当带匀速运动时,无论系统是线性还是非线性,运动带横向振动"频率"都随着带运动稳态速度增加而减小· 2)随着材料粘性增加,系统耗散能力逐渐增强,动态响应逐渐减小· 3)当带运动速度简谐波动时。

摩托车平顺性的仿真研究

简要介绍应用ADAMS/view建立摩托车的多刚体模型,并对其进行动力学仿真,得出垂向振动加速度。对垂向振动加速度进行数据处理,得到垂向振动加速度的自功率谱密度函数,并参考汽车的平顺性评价指标,利用加速度加权均方根值为评价指标,对摩托车的平顺性进行评价研究。结果表明,ADAMS软件可以应用在摩托车的开发阶段,对摩托车的平顺性进行分析预测。

车辆动力总成悬置系统参数识别

精确识别车辆动力总成不平衡力以及惯性参数,是对车辆发动机振动进行主动隔离的基础。根据发动机不平衡力只与发动机内部结构以及转速相关的特性,提出一种利用磁流变减振器阻尼参数的可控性,通过测试不同阻尼环境下的各悬置加速度和支座反力,进而识别发动机惯性参数以及不平衡力的新方法。该方法在应用于车辆动力总成悬置系统参数识别时,对比传统识别方法具有针对性强,重复测试不需要起吊发动机,能在识别发动机惯性参数的同时识别不平衡力的特点。利用一个简单模型的有限元数值模拟数据和一个实际四缸四冲程直列式发动机的现场实测数据对新方法进行验证,结果表明,新方法的发动机转动惯量识别精度满足工程应用要求,发动机不平衡力识别结果比简化后的理论公式更能反映发动机真实振源状况。

基于广义遗传算法的结构动力响应优化

为提高广义遗传算法的收敛效率,提出了防止遗传算法发生早熟收敛的异种机制,给出了一个判断种群近亲繁殖程度的判别式和两种选择异种的方法,并结合种群隔离机制、算术杂交、自适应随机变异等数值方法设计了新的广义遗传算法。将该算法应用于结构动力响应的支撑位置优化问题。数值算例表明:异种机制能够明显提高遗传算法的收敛效率,并有效防止早熟收敛;带有异种机制的新广义遗传算法能够解决具有抗弯刚度的结构动力响应支撑位置优化问题,对于求解复杂的结构动力响应支撑位置优化具有较强的适用性。

车用发动机磁流变悬置的刚度优化

由于传统的悬置优化设计一般不考虑发动机载荷以及系统阻尼,不能反映磁流变悬置的半自动控制特性。因此,选取具有代表性的车用直列式4缸4冲程发动机悬置系统的振动力学模型,利用遗传优化算法建立一种磁流变液阻尼器初始刚度优化的新方法。该方法使磁流变液悬置在发动机多种转速下有更优秀的传递率,在冲击载荷下满足安全要求的发动机振动烈度。