复合驱动并联机构的动力学建模与仿真分析

针对一种PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构的刚体动力学建模问题,采用拉格朗日法结合虚功原理建立刚体动力学模型并进行仿真分析。首先,在考虑存在次闭环的情况下,采用闭环矢量法对并联机构进行运动学分析,推导出机构各构件质心的线速度和角速度;其次,采用拉格朗日法结合虚功原理建立复合驱动并联机构的刚体动力学模型,为复合驱动并联机构驱动力的求解及后续动力学仿真分析奠定了基础;最后,基于MATLAB软件和ADAMS软件对该并联机构进行动力学仿真分析,在给定相同末端轨迹的情况下,对比两种软件得到的驱动力变化曲线,仿真结果验证了所建动力学模型的正确性。文中不仅为PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构控制系统的搭建打下了基础,也为其他复合驱动并联机构的动力学建模分析提供了理论依据。

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。

复杂齿轮耦合转子-轴承系统动力学的规范建模方法

由于齿轮的耦合作用,齿轮-转子-轴承系统中各个转子的振动是相互耦合、相互影响的,研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念进行分析。因此,齿轮-转子-轴承耦合系统动力学建模和模型降阶一直是人们普遍关注的问题。基于齿廓啮合基本定理,给出了直齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮共4种齿轮的几何耦合模型(或称运动耦合模型);利用耦合模型矩阵,给出了含以上4种齿轮副的复杂齿轮转子-轴承系统纵-弯-扭耦合动力学研究的统一、方便、规范的建模方法。为复杂齿轮-转子-轴承耦合系统动力学分析研究提供了方便。

湖南省农产品电商平台的系统动力学建模与分析

文章介绍了系统动力学的概念及其在复杂系统建模中的优势,重点研究了湖南省农产品电子商务平台的系统动力学建模方法,包括变量的定义和方程的制定。随后,进行了模拟实验,分析了不同策略下平台的表现和成本效益,并通过敏感性分析评估了模型对参数的响应。结果表明,在农产品电子商务平台中,系统动力学模型能够较好地捕捉各因素之间的复杂相互关系,为决策者提供了预测和优化平台绩效的依据。通过该方法,决策者能够更好地了解平台的动态行为,优化运营策略,提高平台的可持续性和绩效。

导叶伺服动力学系统通用建模方法

针对现有导叶伺服系统模型跨平台联合仿真速度慢、通用性差的问题,提出了一种基于动力学特性方程的、部件通用性强的导叶伺服系统通用建模方法。采用部件建模法从底层方程到部件级模型,再到顶层系统,形成层次化、模块化的建模架构,使原理与工程应用有机融合;通过对导叶伺服系统各组成部件进行工作机理分析,建立导叶伺服系统的AMESIM模型,推导各组成部件的动力学特性方程,开发Simulink部件模型库;与AMESIM模型进行对比验证,构建Simulink导叶伺服动力学系统机理模型。结果表明:系统模型稳态误差不大于0.12%,斜坡响应跟踪误差为3.7%,对于幅值为作动筒位移5%的不同频率正弦指令信号,导叶伺服闭环系统带宽不小于8 Hz。该导叶伺服动力学系统模型具有较好的准确性、稳定性和动态特性,是可行和有效的,具有明显的推广应用价值和跨平台多学科联合仿真优势。

基于多体动力学的双馈式风机复合主轴传动链建模与仿真分析

文章设计了风电机组的复合主轴,采用了柔性多体动力学理论对风电机组传动链进行高精度建模,建立了风电机组传动链系统拓扑结构和动力学微分方程组,构建了风电机组传动链系统的动力学数学模型,通过时域瞬态动力学分析研究各部件的力、速度、加速度等的响应,揭示了传动链的模态、阶次和共振特性。基于柔性多体动力学平台建立了风电机组传动链高精度仿真模型,对传动链的激励频率及固有频率进行模拟分析,并与通用软件计算结果及实测数据进行了对比验证。验证结果表明,柔性多体动力学仿真结果与通用软件计算结果的仿真载荷时序曲线趋势一致,且载荷均值、幅值比较一致,与动态频率的实测结果平均相差1.51%。同时设计了复合主轴,编写复合材料主轴优化程序,与传统主轴相比,重量轻、刚度更好,优化后的传动链位移、速度、加速度、载荷的极限值分别降低了1.0%,42.7%,13.8%和2.1%,表明了系统更加稳定。

浮筏隔振系统动力学建模与软件开发

现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论,建立复杂空间多刚体系统动力学方程,可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程,再通过各子系统的组装得到整个系统的动力学方程。系统的刚度和阻尼矩阵均可以通过方向余弦矩阵R、迁移变换矩阵T等矩阵之间的基本运算得到,无须矩阵求导和方程线性化。理论推导得到的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵与有限元法生成的质量、刚度、阻尼矩阵完全一致,验证本方法建模的准确性。在此基础上,在MATLAB环境下用App Designer开发一款浮筏隔振系统静、动态分析软件,可对浮筏隔振系统的静力、摇摆、振动与抗冲击性能进行快速预报,结果与有限元法计算结果吻合良好。该软件有望解决浮筏隔振系统在初期设计阶段计算周期长且繁琐的难题。

TRIZ理论在高速滚动轴承动力学建模中的应用

运用TRIZ创新理论将高速滚动轴承动力学建模问题转化为TRIZ中的问题模型,根据创新方法的功能组件分析、系统资源分析、系统功能模型分析和因果分析,对问题进行分析和分解,查找问题出现的根本原因。应用TRIZ理论的理想化最终解、九屏幕图、尺度-时间-成本算子、物场模型、技术矛盾和物理矛盾及科学效应与知识库等工具为解决高速滚动轴承动力学特性可靠度问题提供创新方案。最后利用评价方法对方案的技术可行性进行分析,为应用TRIZ创新理论解决工程实际问题提供全流程范例。

偏转弹头导弹的动力学建模方法研究

偏转弹头是一种新的导弹操纵方式,动力学建模是对其研究的基础。偏转弹头导弹可以看成由弹头和弹体组成的多体系统,应用多体建模方法Schiehlen法建立系统的动力学模型。首先把弹头和弹体的运动状态用广义坐标表示,弹头的绝对运动由相对运动原理得到,根据牛顿-欧拉动力学方程分别写出弹头和弹体的质心移动方程和绕质心的转动方程,再运用达朗伯原理的理想约束性质消去方程中包含的约束力,同时方程的数目也减少到与系统的自由度数相同,从而得到维数与系统自由度数相同的二阶标量微分方程组。最后仿真验证模型,并分析得到偏转弹头导弹的一些特点,即偏转弹头导弹具有控制效率高,机动过载大,响应速度快等优点,是一种有效的快速响应控制方式。研究表明对于像偏转弹头导弹这类刚体数目少、但自由度数目较多的多体系统,其动力学建模适合使用Schiehlen法。

修正的Craig-Bampton方法在多体系统动力学建模中的应用

针对空间实验室、柔性机械臂等柔性多体系统 ,借助结构动力学中的Craig -Bampton模态综合方法 ,对其进行修改并用于描述弹性变形 ,将模态综合方法和多体系统建模常用的混合坐标法相结合 ,以适合刚体运动与弹性运动的耦合 ,更好地反映了系统的动力学特性。结合ADAMS、ANSYS软件 ,可充分利用该方法对柔性多体系统进行计算机仿真分析 ,进而进行优化设计等。

基于Kane方法的机器海豚动力学建模及速度优化方法

在利用Kane方法对机器海豚进行动力学建模的基础上,提出了一种对豚体波拟合推进进行速度优化的方法.首先,选取各连杆的关节角和机器海豚头部质心的坐标作为广义坐标,对具有三个推进关节的机器海豚进行运动学分析,进而得到广义惯性力;然后,结合对各连杆受力分析得到的广义主动力,建立机器海豚的动力学方程.其中,根据尾鳍攻角所处的不同范围,分别利用升力线理论和阻力模型将尾鳍建模为有限翼展机翼或平板来计算水动力.在此基础上,结合豚体波拟合推进,提出一种通过调节尾鳍关节角规律的幅度和相位来优化平均推进速度的方法.仿真结果表明了所建模型及优化方法的有效性.

刚柔耦合动力学的建模方法

对柔性多体系统动力学研究的若干阶段和研究现状进行回顾,对已有的刚柔耦合动力学建模方法进行总结.为了对已有的建模方法进行评价,提出了5项指标:科学性、通用性、识别性、兼容性和高效性,指出现有的建模方法尚无法满足工程实际应用的需要,应研究满足全部评价指标的刚柔耦合动力学建模方法.文中对今后柔性多体系统刚柔耦合动力学的几个研究方向进行展望,包括理论建模、计算方法和试验研究等方面.

基于多刚体动力学的主动转向系统建模与仿真

首先对前轮主动转向系统结构形式进行分析和简化,确定了双行星齿轮机构的拓扑关系;其次,基于多体动力学仿真软件ADAMS完成了主动转向系统建模和运动学仿真,并建立带主动转向子系统的整车模型;接着,讨论了转向系变传动比控制原理,研究了传动比随车速和转角变化的关系;最后,对传统转向汽车和实施主动转向汽车的操纵稳定性进行了对比分析。结果表明,主动转向系统可提高汽车的操纵稳定性。所建立的主动转向系统多刚体模型为深入研究主动转向控制提供了依据。

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明:相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。

计及参数不确定性的柔性空间曲线梁动力学建模方法

基于有限元离散化方法和Kane方程,建立了大范围运动空间曲线梁的动力学模型,利用模态缩聚技术,降低了系统的自由度数目,使仿真计算过程得到简化.以卫星抛面天线为例,并考虑其几何和物理参数的不确定性,研究了天线展开过程的动力学特性.

多刚体系统计算机代数动力学建模研究

本文研究了复杂多刚体系统的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ建模方法，以Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ数学软件为基础，完成了多刚体动力学系统的计算机建模、推导与仿真。

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究

高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果。研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型。

舰炮发射动力学模块化建模方法

在舰炮元件动力学方程的基础上,使用数值积分方法,并推广振动理论传递矩阵法,形成了舰炮发射动力学模块化建模方法——舰炮发射动力学离散时间传递矩阵法.该方法可模拟得到舰炮多体系统动力响应,仿真结果证明了该方法的有效性。

复合柔性结构航天器动力学建模研究

柔性航天器动力学建模的传统方法是采用混合坐标法 ,针对中心刚体带大型柔性附件类的航天器 ,这种方法在理论建模和工程应用方面都获得了极大的成功。在中心刚体加柔性附件类航天器柔性动力学研究成果基础上 ,通过计及柔性体与柔性体连接点间的复合位移变形 ,利用混合坐标法建立了复合柔性结构航天器动力学模型 ,其软件系统DASFA 2