ADAMS刚柔耦合多体系统动力学建模

刚柔耦合是多体系统最常见的力学模型,探讨其建模规律是多体系统动力学研究的重要内容。用ANSYS和ADAMS软件为一四杆机构分别建立了一个多柔体模型和刚柔耦合模型,以前者动特性为参考,研究刚柔耦合模型对系统动态特性的影响,探索多体系统刚柔耦合建模规律。结果表明,从低阶模态来看,各构件经恰当处理后刚柔耦合模型能够较好地反映系统的动态特性。

考虑“动力刚化”的刚柔耦合多体系统动力学建模的子系统法

该文以转动刚体和其上固结的柔性梁组成的刚柔耦合系统为对象,利用子系统法研究了该系统的动力学问题并建立了耦合的动力学方程,此动力学方程考虑了“动力刚体”项。该文所提供的子系统法具有建模效率高,系统方程耦合度低等优点。文末给出的算例说明了方法的正确性。

刚柔耦合多体系统动力学模型的数值解法

刚柔耦合多体机械系统动力学微分方程组具有刚性和高频振荡的特点．Ｇｅａｒ法通常被认为是求解刚性常微分方程组的经典方法，但当微分方程具有高频振荡的特点时，Ｇｅａｒ法失效，因为它不具备Ａ稳定性区域．隐式Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法是具有Ａ稳定性区域的方法，但它带来了巨大的计算量．文中用Ｇｉｌ法求解该动力学方程组，效果较理想．

刚柔耦合多体系统动力学模型降阶

提出了基于模态综合法的刚柔耦合多体系统动力学模型降阶方法。该方法用自然坐标法和绝对节点坐标法分别描述刚柔耦合多体系统中的刚体构件和柔性体构件,同时用Craig-Bampton方法对柔性体模型进行减缩。对于刚体构件与柔性体构件之间只存在线性约束的情况,建立了消除线性约束的刚柔耦合多体系统动力学方程。最后,为了验证的该方法的有效性,对刚柔耦合双摆进行了研究。仿真结果表明:适当选择模态就可以在满足计算精度的同时减少计算时间,提高计算效率。

刚柔耦合多体系统动力学模型的数值解法

针对刚柔耦合多体系统动力学模型数值求解的相关问题进行分析与探讨,为解决当前刚性常微分方程组求解中存在的高频振荡以及计算量大问题.尝试对显式Runge-Kutta法进行改进,应用Gill法对动力学微分方程组进行求解,并通过应用实例证实:基于改进的Gill法在应用于刚柔耦合多体系统动力学模型数值求解的过程中截断误差小,且积分速度快,计算量小,能够给后续算法改进优化提供重要依据.

武器站传动系统刚柔耦合发射动力学研究

针对搭载转管机枪的武器站传动系统在不同射频下产生变形问题,对武器站传动系统进行研究。建立搭载转管机枪的武器站模型,将托架等主要结构简化为刚体,传动系统作为柔性体建立刚柔耦合动力学模型,仿真计算武器系统的模态和不同射频下传动系统的变形,并分析在不同射频下传动系统变形对射向散布的影响。结果表明:在低射频下,转管机枪枪管振动变形是影响射向散布的主要因素;在高射频达到4000发/min以上时,传动系统振动变形对射向散布影响逐渐增大,传动系统振动变形在高射频下不可忽略。

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。

中心刚体-楔形梁-质点刚柔耦合系统动力学分析

研究了中心刚体-楔形梁-质点系统的固有特性和动力学响应。楔形梁为Euler-Bernoulli梁,高度和宽度都沿着梁的长度方向线性变化。利用广义Hamilton原理和一阶近似耦合模型得到了含有楔形梁完全耦合且时变的微分/代数控制方程。考虑了离心刚化效应,利用有限元得到了系统完全耦合的有限维方程。忽略轴向与横向位移的相互作用,得到了系统的一致质量、阻尼和刚度矩阵。最后对楔形梁和等截面梁在有无端部质点的四种结构进行仿真,结果表明存在显著差异,重点比较了同等条件下楔形梁与等截面梁的差异指数,说明均匀梁和楔形梁的截面细微的差别能够导致系统频率和动力学响应的明显差别。指出实际系统中使用楔形梁模型能够得到更为精确的仿真结果。

某曲轴缸体系统刚柔耦合动力学仿真研究

曲柄连杆活塞机构是发动机的重要组成部分,在运动中会受到周期性的激振力作用,直接影响着系统工作的平顺性和零部件的寿命。针对某直列6缸柴油机使用虚拟样机仿真软件ADAMS搭建了曲轴缸体系统的刚柔耦合多体动力学仿真平台,通过对活塞的位移、速度和加速度的运动规律进行模拟,以及对气缸体所受侧向冲击力和曲轴载荷及主轴颈最小油膜厚度等特性进行仿真,得到了较为可靠的运动学和力学数据。结果表明,软件模拟仿真结果与柴油机实际情况基本一致,为曲轴缸体系统进一步优化设计和提高整体性能提供了理论依据。

基于动力学递推算法的绳系卫星系统刚柔耦合多体模型

利用动力学递推算法建立了空间绳系卫星系统(TSS)的铰接柔性杆动力学模型.所研究的绳系系统包含两颗刚体绳端卫星和一段连接两颗卫星的柔绳,柔绳离散为一系列球铰连接的弹性杆,考虑杆不均匀的纵向一维形变,并利用球铰的运动模拟柔绳的弯曲和扭转;然后基于递推算法推导得出了该刚柔混合离散模型的动力学方程.数值仿真结果表明:所建立的绳系卫星系统模型能够很好地模拟空间系绳的各向摆振和扭转,此外,递推算法的引入能够有效地减少离散模型动力学方程的维数,从而大幅减少计算量.

多柔体系统刚柔耦合动力学有限单元法

传统的多柔体系统动力学建模理论 ,往往基于小变形线性动力学的基本假定 ,采用线性的Cauchy应变理论描述应变—位移关系。但是 ,对于具有刚性旋转的位移场来说 ,Cauchy应变理论并不适用。本文采用Green Lagrange应变理论 ,描述有大位移运动的梁单元的非线性位移—应变关系 ,通过对应变能的分析和线性化处理 ,建立起相对变形坐标一阶精确的一致线性化的多柔体系统有限元模型 ,仿真算例的结果验证了该方法的有效性和结构中的几何非线性对系统动力学响应的重要作用。

多管火箭炮刚柔耦合多体发射动力学仿真研究

以多刚体动力学和柔性多体动力学理论为基础,建立了刚柔耦合多体系统动力学方程;应用ADAMS、ANSYS软件,通过建立ADAMS模型,并在模型中引入柔性定向管,对某火箭炮系统进行了发射动力学仿真和分析,得到了全炮的受力及振动情况,为今后更精确的研究火箭炮的发射过程动力学特性提供了理论参考。

基于刚柔耦合动力学的齿轮传动系统动态特性

为得到齿轮轴系响应的动态特性,从柔体动力学基本理论出发,系统分析了刚柔耦合动力学模型的机理,建立了多级齿轮传动刚柔耦合的虚拟样机。此模型能综合考虑传动轴各方向上的柔性特征、湿式换档离合器动态特性以及齿轮时变啮合力对轴类零件动态响应的影响。仿真结果证明了通过虚拟样机技术获取载荷谱的可行性,可用于轴的疲劳寿命预测以及齿轮箱体的振动研究。

大型柔性起重臂系统回转吊装刚柔耦合动力学模型

对超大吨位轮式起重机臂架系统回转吊载时的耦合动力学特性进行了研究。利用混合坐标系描述吊臂与吊物系统的刚体运动与弹性振动,采用拉格朗日方程推导并给出了臂架系统的动力学分析模型,以梁杆单元对臂架结构进行离散,构建了该模型的有限元分析格式。模型综合考虑了回转臂架的惯性力效应、几何非线性效应和刚柔耦合效应。对某超大吨起重机进行了动态仿真,并与实测数据进行了对比,结果表明模型具有较好的准确性。

大型空间刚柔耦合组合体的动力学建模

根据大型刚柔耦合空间组合体的结构特点 ,研究带挠性附件的空间结构的建模方法。文中组合体看成为在中心体上连接若干柔性附件 ,附件铰接于中心体 ,它相对于中心体运动。作者根据Lagrange方法建立了大型刚柔耦合空间组合体的动力学方程。

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。

基于虚拟样机技术的刚柔耦合系统动力学仿真(英文)

基于集成CAD、CAE与可视化技术的虚拟样机技术,提出一种刚柔耦合系统动力学建模与仿真的方法。根据刚柔耦合动力学方程,建立计及刚体运动与弹性变形的系统虚拟样机。对于运动副间隙、摩擦力以及制造误差引起的建模与仿真误差,通过对比试验结果选择系统特征参数为修正因子进行调整,从而补偿以上因素对建模和仿真精度的影响。利用三维实体建模技术、有限元技术以及多体动力学分析,依照虚拟样机仿真和试验的建模仿真流程,完成了曲柄滑块机构的刚柔耦合动力学仿真实例。与试验对比结果表明建模方法和仿真流程的有效性和实用性。

刚柔耦合系统动力学研究进展

首先简要回顾了柔性多体系统动力学前期研究的3个阶段,针对传统零次近似模型的缺陷提出了新的建模理论,并在新的一次近似耦合模型的基础上,就“动力刚化”问题和刚柔耦合动力学问题中的离散化方法与实验等方面进行研究;研制了供理论研究和动力学现象揭示的实验平台.文中对所取得的研究成果进行介绍,文末对今后的研究方向进行了展望。

变温度场中刚柔耦合功能梯度梁系统的动力学特性研究

基于刚柔耦合动力学和热力学建模理论,研究变温度场环境下的旋转柔性功能梯度梁系统的动力学问题。功能梯度梁由陶瓷和金属两种材料组成,假设梁的典型物性参数为梁厚度方向坐标的幂函数。设计两种材料梯度分布规律,考虑功能梯度梁上任意位置附着集中质量,在梁纵向位移中计及由于横向变形而引起的纵向缩短项,即非线性耦合变形量。考虑温度梯度变化对系统动力学特性的影响,求解得到功能梯度梁沿厚度方向分布的温度场,在功能梯度梁本构关系式中计及热应变。采用假设模态法描述变形,运用第二类Lagrange方程推导得到系统的刚柔耦合动力学方程。仿真结果表明,集中质量位置和材料梯度分布规律的选取都将对系统动力学特性产生重大影响,第二种梯度分布规律下的功能梯度梁抗热载荷冲击性能优于第一种梯度分布规律下的功能梯度梁。

刚柔耦合系统动力学建模及分析

准确预测经历大范围刚体运动和弹性变形的柔性体的行为,是当前柔性多体系统动力学领域关注的主要课题· 基于线性理论的传统方法由于无法计及动力刚化效应,导致在许多实际应用中得到错误的结果· 本文从离心力势场的概念出发,应用Hamilton原理建立了具有动力刚化效应的刚柔耦合系统的运动方程,证明了该方程解的周期性,并采用了Frobenius方法给出了其精确解的一般形式· 通过算例分析了刚体运动对弹性运动的模态和频率的影响·