基于多体动力学模型集成的深海采矿系统联动仿真

采用多体动力学建模仿真程序Recur Dyn/Track构建海底履带式集矿机多体动力学模型,实现了海底底质特殊力学模型在集矿机多体动力学模型中的二次开发与集成。开展小型履带式试验样车行走性能测试,与相应二次开发多体动力学模型仿真结果相比较,进一步验证二次开发建模方法的计算准确性。基于多体离散元法,应用Recur Dyn Process Net平台进行二次开发,采用C#语言编写建立超长采矿管线多体离散元动力学模型的自动参数化建模计算程序。集成海底履带式集矿机多体动力学模型与采矿管线系统多体离散元动力学模型,实现了深海采矿整体系统的多体动力学模型集成构建与联动仿真,获得并分析联动过程各子系统空间运动状态变化、子系统间相互作用力变化等动力学特性,为实际深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考。

基于ADAMS的链传动多体动力学模型研究

由表面接触理论,在MSC.ADAMS中建立了包含多个实体相互接触的链传动多体动力学模型。针对多接触问题的求解需时量大,提出了以近似力代替接触力的模型简化方法。该方法的求解速度提高一倍以上,并在一定程度上减小了仿真的整体误差。对链传动的机构优化分析及整机仿真提供了合适的虚拟样机模型。对于带传动、履带传动等同类模型的优化提供了方法和依据。

共轴式直升机双旋翼系统的多体动力学模型

建立了共轴式直升机双旋翼系统结构的多体动力学模型,该细节模型包括旋翼轴内轴与外轴、桨毂、双旋翼、操纵杆、自动倾斜器、驱动器和固定支架等所有关键部件,经过分析计算,得到了关键部件与旋翼系统结构运动耦合的的动力学特性。与台架运转振动测试的结果进行对比发现,误差基本都在5%以内,验证了这种基于多体动力学的分析方法在共轴式直升机复杂系统结构动力学设计中应用的可行性。

多体动力学模型的Modelica语言建模

对Adams多体模型结构及Modelica模型的转换方法进行了研究。对多体动力学模型结构及建模方式进行分析,根据Adams多体模型结构设计了对应的Modelica多体模型结构。研究了Adams多体模型各组件包含的信息,以及与Modelica模型的异同,提出了各多体组件的转换方法。最后给出了多体模型转换验证实例与结果。该研究有助于提高多领域仿真系统的多体建模效率及与传统多体系统的兼容性。

非线性索单元等效多体动力学模型研究

根据预应力非线性索单元本构方程,推导了钢丝绳多刚体离散等效节点连接力,将索道离散成刚体小段,在刚体之间施加等效载荷,并引入了扭转刚度和阻尼来保证位移相容性。利用该模型编制了ADAMS程序代码,通过预紧力索道多体动力学进行仿真,揭示了钢丝绳振动频率与张力的关系,为索道多体动力学仿真提供了依据。

弹链系统间隙铰多体动力学模型仿真与试验

传统的弹链系统力学模型,常常简化为平面内的运动,此模型对于分析弹链系统的横向运动、窜弹等问题有局限性。研究具有螺旋导引的弹链系统纵向和横向运动规律;建立含间隙铰碰撞的多体动力学模型;用等效弹簧阻尼模型对弹链系统的碰撞和接触进行模拟;对上述模型进行仿真和试验,结果表明:该力学模型能够较真实反映系统的运动规律,能对弹链系统的运动进行很好的预测和分析。

基于近似模型和模式搜索法的履带车辆多体动力学模型参数修正研究

履带车辆多体动力学模型仿真结果的准确度直接影响其动力学性能分析结果的可信性。为提高仿真结果的准确度,研究了多体动力学模型参数的修正方法。首先建立了履带车辆多体动力学模型,通过对比仿真结果与实车测试结果,初步验证了模型的可信性;并给出了参数修正目标函数的表达式。通过参数筛选确定了待修正模型参数。采用克里格插值法,构造了待修正参数与目标函数之间的近似模型;解决了修正效率低、计算量大的问题。针对修正问题的无约束性和非线性,采用模式搜索法进行参数修正的迭代计算。修正结果表明,动力学模型仿真结果的准确度得到了提高,证明了修正方法的有效性。

鞍马全旋上肢及胸部肌肉协同机制的定量描述——基于多体动力学模型的探索性研究

研究目的:鞍马是我国男子体操的传统优势项目。作为该项目的典型和核心动作——鞍马全旋(DLC)是规则中必须完成的"规定动作"。本研究旨在实现鞍马全旋训练的"精准化""高效化"和"安全化"。研究方法:采用多体系统动力学仿真软件Lifemod对鞍马全旋进行建模仿真。结果:背阔肌是主要的动力来源;胸大肌在进行躯干远固定的同时,肱二头肌和肱三头肌协同工作起到支撑作用;三角肌起固定肩关节作用。结论:模型取得了较为满意的结果,实现了鞍马全旋上肢和胸部肌肉工作时协同机制的定量描述,有望为更加精细和有效的训练提供可定量化的靶向依据。

CAD模型约束向多体动力学模型运动副的转换

CAD系统在动力学仿真功能上较为薄弱,而动力学仿真软件在造型方面的功能较为薄弱,因此在三维软件下建模再导入到仿真软件中进行运动学和动力学分析成为一项研究课题,而装配模型的部件在两种系统中的限制关系成为转换的难题。以挖掘机模型为研究对象,以约束和运动副为理论基础开发了转换模块,实现了模型从Pro/E系统向ADAMS系统的转换,该转换实现了约束向运动副的转换。

全井钻柱系统多体动力学模型

采用绝对节点坐标法建立了三维井眼全井钻柱系统多体动力学模型,将大长细比全井钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论了梁单元格式,并研究了井口、钻头处边界以及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出了包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程。采用向后差分法求解微分-代数方程组,全面计算分析了全井钻柱系统的受力变形、摩阻扭矩、耦合振动、涡动、动力屈曲等力学特性,可在钻柱动力学研究和工程应用中发挥作用。

全井钻柱系统耦合振动多体动力学模型的建立与算例分析

基于绝对节点坐标法建立全井钻柱系统的多体动力学模型,研究系统的耦合振动现象;将大长细比柔性钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论梁单元格式,并研究井口、钻头处边界及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程;采用向后差分法求解微分-代数方程组,开发多体动力学求解器及相应的前、后处理器。通过直井、定向井算例分析了全井钻柱系统的轴向、扭转、横向耦合振动特性,结果表明本文提出的力学建模和数值分析方法可实时捕捉到钻柱系统的耦合振动现象,能够在钻柱系统动力学研究和工程应用中发挥作用。

Clustered张拉整体结构的动力学建模

针对clustered张拉整体结构,提出了一种基于任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)法的多体动力学模型。相较于传统的拉格朗日法模型,该研究中的模型具有更为简单的运动学约束。首先,引入了一种ALE时变长度索单元,其网格节点与物质点可以独立运动,提供了一种自然的方式描述结构中运动的滑轮和滑动绳索;其次,利用达朗贝尔原理,推导了该单元的广义力向量并计算了相应的雅可比矩阵;然后,建立了张拉整体系统的动力学方程,并利用广义α算法对其进行求解,选取节点的全局位置坐标和物质坐标作为广义坐标,其中全局位置坐标可以被不同物体共享,以减少动力学方程的自由度数和消除物体间的约束;最后,展示了一个数值算例,10层可折叠张拉整体塔架,对其折叠过程进行了准静态和动力学仿真,验证了模型的有效性。所提出的模型和算法可为clustered张拉整体结构的设计提供理论指导,具有工程意义。

含裂纹齿轮系统动力学建模及仿真研究

齿轮传动系统多采用细长轴,轴的柔性以及约束的施加会显著影响系统的动态响应,为了研究含齿轮裂纹故障的两级齿轮传动系统的振动特性,采用虚拟样机技术基于ADAMS分析软件对含齿轮裂纹故障的两级齿轮传动系统建立多体动力学模型,使用柔性支撑替换理想转动约束,分别建立系统的全刚体模型和全柔体模型,研究模型在相同工况下的动态响应,分析柔性轴、柔性齿对含裂纹轮齿的齿轮传动系统振动特性的影响;对健康齿轮传动系统建立多体动力学模型,将健康模型的结果与故障多体动力学模型的结果进行对照分析,探究裂纹对结果的影响。该研究可得到准确的含裂纹齿轮传动系统的振动特性,并验证在齿轮箱轴承处采用柔性支撑分析含裂纹故障的齿轮传动系统的可行性。

腰段脊柱多体动力学模型模拟脊柱关节手法力学分析研究

目的:通过构建包含肌肉和韧带的腰段脊柱多柔体动力学模型,并模拟手法的力学条件,为分析手法的软组织力学效应提供新方法。方法:包含主要肌肉韧带的新鲜尸体的脊柱标本进行CT和核磁扫描,获取标本骨骼和脊柱周围软组织信息,通过清华大学多体动力学软件Thu Dynamics进行建模,基于以上研究数据,Open Sim软件人体数据库及参考文献,分别构建腰椎骨骼、肌肉、韧带、椎间盘、关节接触模型,模拟手法的力学条件,分析手法的力学效应。结果:仿真计算发现松动手法应力主要集中在后关节和深部肌肉,对椎间盘影响小。冲击手法对于深浅层肌群、后关节、椎间盘应力影响较大,在扭力中心有明显的扭力集中现象。腰椎多体动力学模型可以数字化说明脊柱在不同力学状态下、关节应力变化、椎间盘内压变化,为脊柱手法力学机制的研究提供了有力的工具和基础数据。结论:腰椎多体动力学模型可以真实模拟不同手法时,肌肉、关节、椎间盘的应力变化,为手法机制等基础研究提供力学数据,并且为脊柱力学相关研究提供科学便捷的研究技术和新的方法。

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

深海履带式集矿机多体动力学建模与行走性能仿真分析

深海底极稀软底质是一种完全不同于陆地表面的特殊底质,对海底作业机器的结构设计及其行走性能提出高要求。根据海底底质物理力学特性,配制实验室模拟底质,基于车辆地面力学理论,开展模拟履带板与模拟底质相互作用力学特性试验,分别获得法向压力-沉陷、水平切应力-剪切位移函数关系式。根据深海底履带式集矿机详细结构设计参数,采用动力学建模与仿真程序Recur Dyn/Track构建海底履带式集矿机多体动力学模型。应用实验室模拟试验获得的海底底质力学特性关系式,采用C语言编写用户自定义子程序,基于Recur Dyn/Track进行二次开发,实现深海底特殊底质力学模型在Recur Dyn/Track中的构建。开展海底底质特殊力学载荷下履带式集矿机多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能,为实际深海底履带式集矿机的结构设计优化、行走性能评估及行走控制研究奠定基础。。

底盘角系统制动颤振多体动力学建模与分析

基于多体动力学方法,考虑制动系统、悬架系统、等效传动系统的具体结构和空间位置以及制动器摩擦特性,以传动系统驱动力矩和制动压力为输入,提出了一种制动颤振瞬态动力学模型.分析了制动盘与制动块间的黏滑运动和相图特性以及制动系统和悬架系统关键部件振动特性,明确了制动颤振的主要传递路径.结果表明:制动颤振包含2种典型振动模式,一种是幅值较大、持续时间较短的冲击振动,另一种是幅值较小、持续时间较长的周期性谐波振动;制动钳和悬架关键部件均以制动盘切向振动为主,经过减振器支柱和下摆臂的传递,整车以纵向振动为主.

基于多体动力学仿真的城市轨道交通车辆二系悬挂故障特征分析

对国内某型城市轨道交通车辆的故障统计发现,二系悬挂故障已成为影响转向架乃至车辆安全运行的主要原因之一。基于多体动力学的方法建立该型国产城市轨道交通车辆动力学模型,并通过实车振动数据验证了模型的正确性。利用验证后的模型模拟二系悬挂故障下列车的运行状态,并采用功率谱对车体振动加速度进行分析。仿真结果表明,在考虑速度、载荷及故障个数等因素的情况下,车体垂向、横向振动频率分别在0～3.5 Hz和0～2.0Hz频段时对于二系悬挂故障最为敏感;均方根值和方差更适合作为频谱变化的量化指标;当故障造成列车部件布置不对称时,车体振动变化尤其明显。

助飞鱼雷雷箭分离过程多体动力学建模与仿真

通过分析助飞鱼雷运载体-分离舱组成的多刚体系统的结构与受力情况,建立了组合体运动的拉格朗日方程,并采用4阶Runge-Kutta法对给定初始条件下组合体的运动状态进行了仿真计算,通过和飞行试验数据对比,验证了多体动力学模型的正确性,为分析雷箭分离过程的安全性提供了理论支撑。

履带式微型海底钻机行驶动力学建模与分析

概述了履带式微型海底钻机组成结构及其作业过程;应用仿真软件Recurdyn建立了履带式微型海底钻机多体动力学模型;开展了底质土力学特性试验研究,构建了深海底质力学模型;进行了履带式微型海底钻机深海底行驶过程动力学仿真。结果表明,在深海沉积物底质条件下,履带式微型海底钻机在行驶过程中存在轻微打滑现象和一定的沉陷量与仰角;深海底质(特别是稀软底质)力学性能显著影响履带式微型海底钻机动态特性;在钻机低速行驶时行驶速度对履带式微型海底钻机动态特性影响较大。