嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为0.5~2.0 m范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m^(2)s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70ìm的月尘颗粒最大扬尘高度分别为0.72、0.36 m,最大速度分别为2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为1.44°~2.27°,计算的扬尘角与Apollo探月任务中的结果相近。

上肢康复机械臂运动学和力学模型建立与分析

针对传统康复机械臂存在的适配人体上肢自由度低、便携性较差、左右肢体互换困难等问题,提出一种9自由度的便携型上肢康复机械臂,满足偏瘫患者的训练需求。运用Matlab建立DH坐标系和运动学模型,通过蒙特卡洛法获取康复机械臂的三维空间点云图,验证其工作空间的合理性。基于牛顿-欧拉和拉格朗日方程对上肢康复机械臂进行动力学建模,推导了上肢康复机械臂力矩计算公式。将Adams动力学仿真与理论公式计算获取的各关节力矩值进行对比分析,计算两者之间的误差。实验结果表明,理论力学公式计算结果与Adams仿真结果误差值在0.1 N∙m以内,各关节的误差均在5%以内。实验结果验证了理论力学公式的正确性,为后续控制系统的建立和实物样机的制作提供了可靠的理论依据。

基于Newton-Euler方法的整车非线性动力学模型耦合机理分析

针对传统的整车动力学模型未能完全反映汽车纵向运动、侧向运动与垂向运动间的相互关联影响,采用Newton-Euler方法,建立一个14-DOF整车非线性耦合动力学模型,并利用Matlab/simulink仿真平台对模型的正确性进行验证,研究结果表明,14-DOF整车非线性耦合动力学模型能较好地反映汽车底盘在制动、转向和悬架等子系统之间相互影响关系.

基于牛顿—欧拉法的3PTT并联机构动力学分析及仿真

以3PTT并联机构的任一支链为研究对象,用D—H方法建立了各构件的坐标系,给出了支链运动学逆解的解析解;运用牛顿—欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程;推导出了3PTT并联机构的动力学方程,用MATLAB软件进行了理论计算,用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了理论计算的正确性,为3PTT类机构的动力学分析和应用奠定了基础,也为其机构的实际设计制造和应用提供了力学上的理论依据。

6-PSS并联机器人动力学模型的牛顿—欧拉方法

给出了动平台的速度、加速度与各个构件的速度、加速度之间的关系,以牛顿—欧拉法为基础,对6-PSS并联机构各个杆件和动平台分别建立牛顿—欧拉方程,并消去其内力,以动平台为研究对象导出6-PSS并联机构动力学方程的开式和闭式形式,最后进行了数值仿真,给出了动平台做一定曲线运动时各驱动力的变化曲线。为基于动力学的控制奠定了基础。

多节履带式煤矿救援机器人机构及其动力学仿真

为在煤矿事故复杂环境下及时获得事故现场信息，提出了一种可穿越狭窄空间、翻越较高障碍并可携带多种环境探测传感器的多节串联多履带式的新型煤矿救援机器入。采用递推形式的牛顿欧拉法建立了该机器入的动力学模型，并利用Maflab Function模块进行了动力学仿真分析。分析结果表明，影响该机器人动力学特性的主要因素是其各单元之间的耦合作用、各单元的初始状态以及地面土壤参数，此结论为实现该机器人的控制提供了有效的依据。

一种改进的6自由度运动模拟器逆动力学模型

6自由度运动模拟器被广泛用于模拟舰艇、飞机和车辆的空间运动,其动力学模型通常假设支腿不存在绕自身轴线的转动,给计算结果带来了一定的误差。为了评估和消除此误差,以牛顿—欧拉方法为基础,提出一种改进的逆动力学模型。该模型的建立完全遵循支腿转动的真实运动情况,是一种精确的动力学模型。由于在推导过程中消去了各约束反力,该模型有着简洁的表达形式和较高的计算效率,适用6自由度运动模拟器的结构优化和控制算法设计。

电-液混合驱动的步态模拟系统中非固定Stewart平台的逆动力学分析

针对足踝复合体在步态过程中生物力学特性的研究需求,设计一种基于非固定Stewart平台的电-液混合驱动的六自由度步态模拟系统。利用液压系统驱动Stewart平台的基座,拓展了平台在矢状面内沿步态前-后向的工作空间。对传统的基于牛顿-欧拉法(N-E法)的并联机构逆动力学建模方法进行优化,充分考虑了基座运动所引起的惯性力,完成了非固定Stewart平台的动力学建模。对典型步态模拟过程中非固定Stewart平台在足踝生物力学作用下的动力学特性进行了对比仿真,验证了所提出的建模方法的有效性。

FROG-LEG型真空机械手的动力学建模与仿真

根据FROG-LEG型真空机械手的结构特点,提出了其等效的串联结构运动学模型,并求出了运动学的正反解。将FROG-LEG型真空机械手动力学问题分为水平和垂直两个方向进行讨论,用牛顿-欧拉法求出了两个方向的动力学方程。最后利用MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学特性进行了仿真实验。

六自由度工业机器人动力学分析与仿真

以六自由度工业机器人为研究对象,运用牛顿-欧拉递推算法对机器人进行了动力学分析,建立了逆动力学方程,并采用ADAMS软件建立了机器人的动力学仿真模型,对理论计算进行验证的同时,为后续机器人动态特性及控制的研究打下基础。

潜艇追踪问题研究

随着科学技术的发展和反潜作战能力的不断提高,如何做到迅速有效地进行潜艇追踪并将其击中是人们越来越关注的问题。本文针对潜艇追踪问题,首先,对其进行了深入分析并建立了微分方程模型;接着,提出了多种模型求解方法,重点介绍了解析法、欧拉方法和龙格-库塔公式法;然后,利用了MATLAB软件对各种求解方法进行了具体求解,并建立了优化模型来选择和确定最优的求解方法;最后,对潜艇追踪进行了动态模拟演示,使其更直观、生动地观察其运行状态。

汽车驾驶模拟器的运动模型研究

在汽车驾驶模拟器的开发中,与视景系统相匹配的正确、合理的汽车动力学模型的建立,以及在此基础上进行的汽车运动分析,是整个系统开发的关键,直接影响到系统的沉浸感、交互性和实时性。根据汽车理论知识分析汽车运动过程中的受力状态,找出影响汽车运动的主要因素,提出了一个合理的动力学模型。同时,对汽车运动的分析方法作了一些改进,在系统开发中采用了改进的欧拉方法,取得了较好的仿真效果。

五自由度移动机械手的动力学建模与仿真

设计了用于危险化工原料在管道运输和反应容器中泄漏修补的移动机械手。该系统由移动平台和固接在其上的五自由度关节机械手构成。采用牛顿-欧拉方法建立该机械手的动力学模型,并考虑了平台运动时在机械手上产生的惯性力对模型的影响。最后使用ADAMS软件对样机模型进行了仿真验证。

Tripod精密平台动力学分析及控制

以直线超声电机驱动的五自由度Tripod精密平台为研究对象,对其动力学建模方法进行研究,并对控制系统进行开发。将串联机构与3-RPS并联机构分开考虑,在运动学分析的基础上,通过牛顿欧拉法对机构进行动力学建模,并利用ADAMS验证动力学建模正确性;采用支持PLC语言及C++混合编程的TwinCAT3软件开发Tripod精密平台控制系统。仿真结果表明,理想动力学模型理论分析结果与仿真结果基本一致,位置驱动模式下驱动力输出存在波动,证明了在位置环控制模式下,加入动力学前馈补偿控制的必要性,为精密运动控制奠定基础。

一类在轨三维挠性梁模型仿真分析

针对在轨固支-自由三维挠性欧拉-贝努利梁的振动问题,为评估其动力学特性,综合考虑梁的轴力、梁的纵向变形、牵连惯性力、柯氏惯性力,以及梁的纵向变形对另外两个正交方向弯曲变形的影响,采用微元法给出了梁的振动模型。利用模态展开方法求解,采用四阶龙格-库塔法对其进行了数值仿真分析,结果表明三维姿态运动时挠性梁同时表现出软化效应和刚化效应,特别是在大范围运动时刚化效应强于软化效应,并且对于在轨运动的梁,轨道角速度也起着很大的作用,限制了在固定轨道上梁的长度。

四自由度串联机械手的逆动力学建模及仿真

本文运用牛顿-欧拉递推算法对移动小车上的四自由度串联机械手进行动力学分析,并建立它的逆动力学模型,最后对其进行动力学仿真验证.

分离螺母冲击环境数值仿真研究

针对火工分离螺母分离过程的动力学响应预测问题,采用数值方法研究了分离螺母火工分离过程。建立了分螺母结构有限元模型并对接触关系进行了设置,采用JWL方程模拟炸药的初始压强,采用拉格朗日-欧拉耦合采用一般耦合法进行耦合分析,基于Dytran采用显式动力学分析方法对分离螺母的分离过程进行了数值仿真,对不同观测点的加速度响应进行了冲击响应谱分析。结果表明,数值仿真方法能够有效模拟分离螺母的分离过程,由于结构阻尼作用远点响应小于近点冲击响应,变参分析表明火药量对结构冲击响应有重要影响,结构外壳材料对冲击响应影响有限。

雾化治疗中气溶胶在深层肺泡输运特性的数值模拟

目的基于计算流体动力学的方法,模拟计算单个肺泡中的气体与气溶胶颗粒输运情况,研究深层肺泡内气体流动和气溶胶颗粒输运特性。方法采用一端有周期性扩张/收缩半球形壁的长直导管作为单一肺泡及肺泡管的简化近似,建立二维数学模拟模型。考虑呼吸气体在半球边界上的扩散,采用欧拉-欧拉方法对肺泡管中气体以及气溶胶颗粒的输运方程进行求解。结果整个呼吸过程中,管道中空气的成分比率以稳定的周期方式随时间变化。气溶胶在管道输运主要依赖于颗粒的扩散系数,平流输运只有微小的影响。气溶胶颗粒尺寸减小时,气溶胶的扩散速度与深度均有提高,粒径小于4μm时该现象尤为明显,且呼吸频率和幅度的增大可以显著提升颗粒的输运能力。结论雾化治疗中,粒径较小的气溶胶颗粒可以增强药物扩散速度。深呼吸有助于提升颗粒的输运效果,治疗中应鼓励患者深呼吸。

3-RPS并联机器人动力学分析及模糊控制仿真

为研究并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制精度,更好地对机构进行有效的实时控制,以3-RPS并联机器人的动平台以及各支链为研究对象进行了动力学分析.应用牛顿-欧拉方法,分析了该并联机器人三支链对动平台的驱动力、约束力矩以及动平台对三支链的作用力,构建了动力学方程.基于Matlab仿真软件,采用液压伺服驱动方式及模糊控制算法,构建模糊控制仿真模型进行了仿真分析.仿真结果证明了牛顿-欧拉方法对3-RPS并联机器人动力学分析的正确性及模糊控制方法的有效性,为进一步利用Matlab对3-RPS并联机器人轨迹跟踪控制研究提供了一定的理论基础.

直接示教机器人的示教助力研究

传统的直接示教机器人在示教过程中需要人去克服机器人在运动过程中的重力、惯性力、离心力等,示教操作不灵活。基于机器人动力学研究了机器人示教时的助力控制方法。首先采用牛顿-欧拉方法建立了直接示教机器人的动力学模型,研究了机器人各关节的状态与力矩之间的关系,推导出机器人运动时各轴所需的力矩,并绘制了力矩曲线。然后,利用SolidWorks建立了机器人的三维模型,将该模型导入ADAMS,进行动力学分析与仿真。最后,将ADAMS软件的动力学仿真结果与建立的动力学模型计算结果进行了对比,力矩曲线基本一致,最大误差不超过11%。该动力学模型可以为机器人在各种位姿下进行助力控制提供计算依据,从而实现直接示教时的轻便灵活操作。