考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。

海底柔性管道铺设系统动力学分析及实验研究

针对海底柔性管道铺设系统的动力学性能及其关键影响因素分析问题,利用刚性有限元方法对柔性管道进行了离散化处理,建立了包含刚性单元及弹簧阻尼单元的刚柔耦合系统运动链.在关节坐标系统下,应用第二类拉格朗日方程对系统进行了动力学建模,引入海浪影响下的铺管船六自由度运动波动对模型进行了数值求解分析.结果表明,铺管船升沉及纵摇运动波动对柔性管道铺设系统的动力学性能影响显著,特别是恶劣海况条件下的大幅值扰动,将导致管道张力及铺管速度产生剧烈振动.通过缩减比例样机模拟实验对理论分析结果进行了验证,所述动力学模型及分析结论可为后续驱动控制系统设计提供依据.

深水脐带缆敷设系统动力学分析及试验

为了研究深水脐带缆敷设系统的动力学性能,解决海洋作业环境下系统敷缆速度和缆线张力控制问题,利用刚性有限元方法对柔性脐带缆进行了离散和转化,建立了深水脐带缆敷设系统物理模型。在关节坐标系统下,建立了基于第二类拉格朗日方程的系统动力学模型,对模型进行了静平衡求解并获得了系统参数初值。对比理想无扰动作业工况,分析了恒定的张紧器阻尼制动力下施工船运动波动对敷缆速度及缆线张力的影响。针对影响较为严重的升沉运动波动,分析了调整张紧器阻尼制动力的扰动补偿功能对敷缆速度及缆线张力的控制调节状况。理论分析及样机模拟试验结果表明,张紧器扰动补偿可有效地降低施工船运动波动所导致的缆线张力及敷缆速度波动,防止脐带缆拉断或屈曲破坏。