NON-INTERIOR SMOOTHING ALGORITHM FOR FRICTIONAL CONTACT PROBLEMS

A new algorithm for solving the three-dimensional elastic contact problem with friction is presented. The algorithm is a non-interior smoothing algorithm based on an NCP-function. The parametric variational principle and parametric quadratic programming method were applied to the analysis of three-dimensional frictional contact problem. The solution of the contact problem was finally reduced to a linear complementarity problem, which was reformulated as a system of nonsmooth equations via an NCP-function. A smoothing approximation to the nonsmooth equations was given by the aggregate function. A Newton method was used to solve the resulting smoothing nonlinear equations. The algorithm presented is easy to understand and implement. The reliability and efficiency of this algorithm are demonstrated both by the numerical experiments of LCP in mathematical way and the examples of contact problems in mechanics.

混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型建模

针对混合励磁双凸极电机磁路饱和特性对电磁转矩的影响,提出一种具有几何意义的电磁转矩非线性计算模型。首先利用有限元电磁模型计算了磁链分布,提出磁链梯度的概念,根据磁共能原理,推导出电磁转矩的积分表达式,描述了其几何含义;然后仿真验证了所推导公式的正确性,并分别求解出满足恒转矩运行和最大转矩运行时的电枢电流波形,实现了电机在一定转子角度内的恒转矩输出和最大转矩输出;为便于实现方波控制,对方波电枢电流的波形参数进行优化,实现电机在方波电流下的最大转矩输出。经仿真验证,提出的混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型具有计算准确、简单直观、便于应用的特点,为混合励磁双凸极电机设计提供参考。

同心双涡旋非接触真空吸盘防旋研究

为解决传统单涡旋吸盘由于内部旋转流场的作用引起被吸工件旋转从而导致非接触吸取失效的问题,提出一种同心双涡旋非接触真空吸盘技术方案,其内、外两个涡旋气腔结构同心但气流旋向相反。内涡旋产生真空提供吸力,外涡旋用于平衡内涡旋对工件产生的摩擦转矩。研究该型吸盘工作参数对被吸工件的摩擦转矩及吸力的作用规律,仿真结果表明:同样的供气压力下,外涡旋气流对被吸工件产生的摩擦转矩略大于内涡旋气流,表明可通过适当减小外涡旋腔的供气压力以达到防旋效果;同等供气流量下,双涡旋吸盘的吸力略小于单涡旋吸盘。分析了双涡旋吸盘关键结构参数对吸力的影响规律并进行了正交实验,得到最优结构参数组。加工制作双涡旋吸盘样机并进行了试验研究,结果表明:同等试验条件下,同心双涡旋非接触真空吸盘的吸力与传统的单涡旋吸盘的吸力基本相当,被吸工件所受的摩擦转矩可减小90%左右,很好地抑制了被吸工件的旋转,提高了真空吸取搬运的稳定性和可靠性。

高线速状态湿式离合器带排转矩特性研究

为研究湿式离合器空载状态下摩擦片高线速工况带排转矩产生回升变化的机理与规律,基于流体动力学模型,考虑润滑油膜表面张力与高线速油-气两相流的影响,建立了带排转矩数学模型和带排间隙油膜VOF两相流仿真模型,对油膜的变化进行分析验证。对模型进行分析获知,摩擦片高线速下油-气两相流产生部分带排转矩是带排转矩回升的主要原因。在摩擦元件高速带排试验系统中进行了带排转矩试验,分析了旋转方向、润滑油温度、流量、带排间隙、摩擦片尺寸对湿式离合器带排转矩的影响规律。

颗粒阻尼的动态特性研究

颗粒阻尼技术已经成功的应用于多个领域抑制振动。然而,由于颗粒阻尼复杂的碰撞和摩擦减振机理,很难预测其减振特性。本文建立了颗粒阻尼的粉体力学模型,并用于研究颗粒阻尼容器的截面形状及尺寸关系对其减振特性的影响。通过试验研究,揭示了颗粒阻尼的非线性阻尼特性,并应用等效阻尼的原理提出了合理的颗粒阻尼的等效数学模型。

模锻压机超低速运行动态性能分析

在考虑非线性摩擦的基础上,从参数分析的角度对模锻压机动态特性进行研究,并结合实际锻压机系统的仿真实验研究各种因素对超低速动态性能的影响规律。研究结果表明:非线性摩擦力的负阻尼特性是导致系统速度不稳定的主要原因,减小摩擦的负阻尼或增大负载阻尼系数,可增大系统稳定性;减小最大静摩擦力、质量、初始容积或增大油缸作用面积、油液弹性模量,可以减小响应延时。

动摩擦作用下含间隙碰撞振动系统的动力学分析

研究在非光滑因素间隙及摩擦作用下的强非线性系统动力学行为。将Dankowicz动摩擦模型引进力学系统中,给出振子受力判断条件,结合数值仿真分析,探讨摩擦诱导振动及其它关键参数对系统动力学特性的影响。结果表明,系统在不同参数下存在复杂多样的摩擦诱导振动形式:稳定周期摩擦振动、概周期摩擦黏滞振动、概周期瞬时摩擦诱导振动、颤振碰撞、摩擦诱导黏滞擦边碰撞振动及摩擦诱导黏滞混沌振动等。

一种改进的齿轮非线性动力学模型

在考虑齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度和齿侧间隙的情况下,推导出了改正的齿轮副系统的非线性动力学模型,应用符号运算软件,编写符号运算程序,得到了齿轮副非线性振动微分方程。该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配,并根据啮合区单双齿交替的特点提出用周期扩大法建立摩擦力、齿轮时变刚度的模型,改正的齿轮非线性动力学模型是一个周期系数分段线性的非自治系统,与以前所建立的模型相比,该模型的参变系数是具有相同周期的周期函数,新的齿轮非线性动力学模型的建立为求解时变的齿轮动力学方程近似解析解带来方便。

凹坑形非光滑表面微观摩擦磨损试验回归分析

采用试验优化设计理论,利用L16(215)二水平正交表设计试验,对具有凹坑形非光滑表面形态的试件进行微观摩擦磨损试验研究,运用多元线性回归正交设计处理试验数据,得到具有凹坑形非光滑表面形态试件的体积磨损率和摩擦系数与各试验因素关系(如非光滑单元体大小、距离、速度和载荷)的回归方程.结果表明:试验因素对体积磨损率的影响程度由大到小依次为载荷、速度、单元体大小和距离;体积磨损率随着距离、速度及载荷的增加而增大,随着非光滑单元体尺寸的增加而减小,但距离和速度的交互影响很小;试验因素对摩擦系数的影响程度由大到小依次为载荷、速度、距离和单元体大小;摩擦系数随着距离、速度及载荷的增加而减小,随着非光滑单元体尺寸的增加而增大,但距离、速度及载荷的交互作用也很小.

间隙及转矩对2K-V型传动装置传动精度的影响

以2K-V型减速机为研究对象,综合考虑各零件加工误差、装配误差、齿轮啮合间隙、轴承间隙、零件弹性变形及其旋转零件的惯性载荷等因素对传动精度的影响,建立了非线性动力学计算模型;并利用该模型对传动装置中各轴承间隙、摆线轮与针齿间的啮合间隙及转矩所引起的系统回转传动误差进行研究,结果表明:摆线轮及行星架曲柄轴轴孔处的轴承间隙、转矩等对系统的传动精度影响较大。

伴随变阻尼作用的干摩擦下的车辆系统非线性动力学分析

对分段线性阻尼和干摩擦共同作用下的车辆悬挂系统进行了非线性动力学分析研究,阐述了判定系统周期运动稳定性的理论方法;利用数值模拟方法分析了具有不同阻尼参数组合的系统对简谐激励的振动响应,并分析了由干摩擦引起的粘-滑振动行为.结果表明:提高摩擦力对抑制响应有利,但车辆系统在低速下运行时会出现复杂的粘-滑振动,轮轨之间产生较大的瞬时刚性冲击;而通过增加轮对与侧架的弹性悬挂可以有效减弱这种瞬时刚性冲击.

开关磁阻电动机转矩分配策略研究

开关磁阻电机是一种双凸极变磁阻电机,按照磁阻最小原理进行工作。电机运行时磁路具有严重非线性,致使电机换相时电磁转矩具有很强的波动性,影响了伺服控制系统的运行精度,因此必须对电机的转矩脉动进行抑制。设计了一种新型转矩分配控制函数,在不同的给定转矩下,通过改变分配函数中的波形系数来改变每相绕组的转矩分配指令,使实际转矩较好地跟踪给定转矩,从而抑制电机运行时的转矩脉动。实验表明,该转矩分配控制函数能对不同转矩指令下转矩脉动进行有效抑制,控制效果得到明显改善。

一种非共振式压电叠堆直线电机的机理与设计

提出一种利用压电叠堆驱动的非共振式直线电机。研究了非共振状态下压电叠堆输出机构的理论模型,提出了电机定子的"三明治刚度"结构。研究了基于压电叠堆的非共振状态下摩擦驱动机理模型,推导了驱动足端部的椭圆运动轨迹。对设计、制造的样机进行了测试,试验表明在较宽的频率范围内,电机运行平稳,且电机速度与激励频率、激励电压近似成线性关系。当电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz、预压力为45 N时,速度可达2.8 mm/s,输出力为3.5 N。

桥梁地震碰撞的三维撞击模型及非线性响应分析

为合理模拟地震时相邻桥梁间发生的碰撞响应,提出适用于桥梁多维碰撞响应分析的三维Kelvin接触-摩擦撞击模型,即将Kelvin-Voigt模型和库伦摩擦模型相结合,通过一个摩擦元件来模拟发生纵向碰撞后,接触点间的横向和竖向的相对摩擦作用,以真实地模拟结构接触位置的三维撞击行为。进而将该三维撞击模型引入所建立的结构精细化模拟分析平台FENAP中,与纤维梁柱单元模型良好结合,实现对桥梁的多维碰撞响应分析。通过对一钢筋混凝土连续梁桥在双向地震作用下的碰撞响应分析,结果表明:所提出的三维撞击模型能够模拟邻梁间的纵向和横向碰撞响应;纵向碰撞对刚度较大的桥梁影响较大,会增大墩底剪力和墩顶位移,加剧桥墩的塑性发展;横向碰撞对桥梁的碰撞响应影响较大,不可忽略。

滑移隔震结构的动力特性及地震反应

提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型；利用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射法研究地面谐运动下滑移隔震结构的周期响应，并发现结构将表现为对称性破裂分叉、振幅跳跃、基底爬行等非线性特征；利用高精度的精细时程积分法，计算滑移隔震结构的地震响应，绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱；对计算实例的分析发现，地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别。

双曲面摩擦摆支座参数对桥梁地震响应的影响

为研究粤东高烈度地区高速公路典型桥梁工程双曲面摩擦摆支座栓钉剪断后的桥梁地震响应特性,选取潮安韩江特大桥主桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立全桥模型,并基于非线性时程分析法研究了固定支座参数对桥梁结构地震响应的影响.研究表明:栓钉对摩擦摆支座滞回曲线有显著的影响;摩擦摆支座摩擦系数、屈服位移对9#和15#桥墩地震响应影响较小,对固定墩地震响应影响较大,摩擦摆支座曲率半径对主桥所有桥墩地震响应均有较大的影响.建议摩擦摆支座设计时增大摩擦系数和屈服位移而适当减小曲率半径,以减小桥梁结构的地震响应.

具有干摩擦散乱失谐的叶盘受迫响应特性

阻尼件是叶盘结构中起减振作用的主要部件,而阻尼件的干摩擦散乱失谐会影响其在叶盘振动中的减振作用。本文利用谐波平衡法与快速傅立叶变换技术,对具有非线性干摩擦力的叶盘受迫响应进行了数学建模,仿真分析了叶盘系统在各种耦合、粘性阻尼比、干摩擦强度、干摩擦散乱失谐程度等参数影响下的受迫响应规律。研究结果显示,叶盘系统在弱耦合和粘性阻尼比较大的情况下,干摩擦散乱失谐会导致叶盘共振幅值显著增大。

纵轴式掘进机截割过程动力学建模与仿真

为掌握纵轴式掘进机在截割岩石过程中性能综合分析各种影响因素,建立了截割系统的动力学模型,应用Matlab进行仿真,得到了工作状态下掘进机截割头的转速和转矩的变化.研究结果表明,掘进机截齿排列方式和岩石性质对掘进机截割头的转速和转矩影响较明显,而截齿截割过程中的间隙非线性因素对截割头影响较小,为掘进机优化设计提供了理论依据.

摩擦作用下周期双参变激励齿轮系统非线性振动响应研究

研究了周期双参变激励齿轮系统在摩擦作用下的动力学响应,建立了考虑轮齿时变啮合刚度和齿间摩擦的单自由度扭转非线性振动模型,研究了摩擦因子、重合度、惯量比、刚度因子、阻尼因子、载荷分配系数等参数对齿轮系统非线性振动响应的影响。研究结果表明:摩擦对周期双参变激励齿轮系统非线性振动有重要的影响。

谐波电流对同步发电机轴转矩平衡的影响分析

为解释独立小容量供电系统中小容量同步发电机组带非线性负载能力差的原因,分析了谐波电流流过同步发电机的电枢绕组时其内部磁场的变化,用数学表达式描述了磁场的脉动情况并计算出该磁场的能量,从能量守恒的角度利用虚位移法推导出电磁转矩在电枢电流含有谐波时的解析式。给出一基于Matlab模型的算例,运用算例说明了谐波电流会给同步发电机的电磁转矩带来脉动分量,进而解释了同步发电机组带非线性负载能力差的原因和产生剧烈机械振动的机理。