装备空投多体系统动力学建模与仿真方法研究进展

装备空投是将装备向指定的地面区域快速投送的技术,拥有快速响应和长距离作战的特点。装备空投系统是典型的多体系统,目前,仍然面临落点精度及安全性等关键瓶颈问题,与空投所涉及的流固耦合、强非线性、接触碰撞、大变形结构动力学密切相关。因此,该文从多体系统动力学建模、动力学性能预测与优化设计等方面综合阐述装备空投的国内外研究进展,总结装备空投的研究发展趋势以及技术难题,指出了提高装备空投精度和安全性的前沿研究方向。

基于本征正交分解的柔性多体系统动力学降阶研究

基于浮动框架与有限元方法建模的柔性多体系统,有限元节点坐标数量庞大,将会令动力学方程的求解时间显著提升。针对此问题,提出了基于本征正交分解(POD)和压缩感知结合的柔性多体系统的降阶方法。首先,对各部件弹性体动力学响应先验数据进行本征正交分解得到各弹性体的本征正交模态向量;其次,利用压缩感知与稀疏的本征正交模态坐标,将微分/代数动力学方程求解问题转化成稀疏本征正交模态坐标的范数优化求解问题,并且求解过程可以保持约束方程的成立。通过数值算例实验,与传统的隐式数值积分方法相比,该方法可减少72.47%的计算时间,且最大相对误差为6.089e-5,证明该方法可以在保证数值精度的情况下,减少计算时间,提高仿真效率。

多体系统动力学时程积分算法研究进展

发展精确且稳定的多体系统动力学计算方法一直是研究者们努力的方向。时程积分法已经有数十年的发展历程,这种算法的核心思想是将结构模型的运动过程在时间域上离散,在每个时间步内进行积分,逐步计算出结构的完整运动轨迹。其中,能量守恒时程积分法有精度高,稳定性好等优点,具有较大的应用潜力。通过对时程积分法相关文献的分析与总结,介绍了该算法的基本原理和发展现状。最后对该算法的后续研究提出展望。

多体系统动力学研究进展

多体系统动力学是当今力学领域的研究热点和难点之一,为机械、航空、航天、兵器、机器人等领域中大量机械系统的动态性能评估和优化设计提供了强有力的理论工具与技术支撑。复杂多体系统动力学建模、设计和控制研究是当前重大工程领域的迫切需求。对近年来国内外多体系统动力学建模方法、求解策略、控制设计、软件开发、实验研究等方面的研究现状进行了较为全面地概括和总结,并简要展望了多体系统动力学的发展趋势。

采用多体系统动力学的平衡悬架牵引车平顺性研究

采用多体系统动力学理论及相应软件ADAMS ,对具有平衡悬架的 3轴牵引车平顺性进行研究。建立了其多体系统动力学模型 ,并经过二次开发形成一套能够进行参数化自动建模的软件系统。对仿真模型进行时域、频域的仿真分析 ,并研究平衡悬架的一些主要设计参数对平顺性的影响。

刚-柔耦合多体系统动力学建模与数值仿真

柔性多体系统动力学传统的混合坐标建模方法忽略了变形位移的高次耦合变形量 ,是一种零次近似方法 [1 ] ,其适用范围受到限制。本文以中心刚体、柔性梁及末端质量组成的刚柔耦合系统为对象 ,考虑了有粘性阻尼及风阻的情况。在柔性梁的纵向变形位移中计及了横向位移引起的轴向变形 ,并采用有限元方法和 Hamilton变分原理导出了系统的刚柔耦合一次近似的动力学方程。该方程充分计及了中心刚体的大范围运动与柔性梁的弹性变形运动的相互耦合 ,并采用一致的方法引入了阻尼因素。文中最后提供了一个比“动力刚化”问题更具有一般性的仿真计算反例 ,进一步说明了零次近似方法在处理某些刚 -柔耦合动力学问题时的缺陷 。

多体系统动力学碰撞问题研究综述

对近年来多体系统碰撞动力学研究进展进行了评述,包括碰撞动力学建模理论、数值算法和实验方面的进展情况.根据各自不同假设条件将建模方法分为冲量动量法、连续碰撞力模型和基于连续介质力学的有限元方法,比较了各种建模方法在碰撞过程描述和数值性态方面的优势和局限性;对碰撞动力学实验在非接触式测量方面取得的最新进展进行了介绍,总结了实验对以上建模理论的验证研究,展示了实验研究方面的一些新发现.最后基于工程实际的需求提出多体系统碰撞动力学面临的新挑战.

多体系统动力学中关节效应模型的研究进展

在一般的多体系统动力学研究中认为运动关节是理想运动副.然而,实际中的运动关节不仅含有间隙与摩擦,还有间隙引起的关节元素之间的接触碰撞、局部变形和磨损.多体系统动力学中的关节效应不仅引起了系统的振动和噪声,减小了系统的可靠性和寿命,而且损失了系统的精度和稳定性.为此,对近十几年多体系统动力学中关节效应的研究进行了详细分析,总结了关节效应中间隙运动学模型、接触力模型与磨损模型在多体系统动力学中的建模过程.其中,着重分析了多体系统动力学中关节磨损效应的研究进展,并对常用的Reye’s hypothesis和Archard磨损模型进行了比较,详细地分析了Archard磨损模型的演变形式以及主要磨损参数(接触应力,接触面积和滑移距离),特别分析了关键磨损参数接触应力的建模方法,解释了基于Winkler弹性基础理论在求解接触应力时遇到的困难.另外,介绍了4种间隙运动副(转动副、移动副、圆柱副和球面副)的运动学模型.分析了考虑关节磨损多体系统动力学模型的一般建模方法,并以平面五杆机构为例说明了其建模过程.最后,简要地展望了多体系统动力学中关节效应模型的发展趋势以及应用前景.

基于空间算子代数理论多体系统动力学雅可比矩阵设计与实现

应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematic5.2的环境下,对多体系统动力学雅可比矩阵进行设计与实现,主要用于速度和静力的高效递推算法,用空间算子代数理论求出雅可比矩阵简洁形式,具有编程效率高、直观等特征。运用VB.NET编程软件实现与Mathematic5.2软件无缝集成,对多体系统动力学仿真及雅可比进行参数化分析与计算,给出了实施过程。根据分析结果,对Stanford机器人进行了雅可比设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性。

基于多体系统动力学和有限元法的联合仿真在车桥耦合振动研究中的应用

为了实现车桥耦合振动精细化仿真研究,利用多体系统动力学软件SIMPACK建立完整的车辆空间模型,采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法建立桥梁的动力分析模型;然后将车辆和桥梁两个子系统在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,实现车桥耦合振动联合仿真分析。以高速铁路上的简支梁桥为研究对象,采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了弹性轮轨接触时动车组列车以不同车速通过桥梁的空间耦合振动响应,证明了该研究方法的可行性。

柔性多体系统动力学的若干热点问题

全面综述了柔性多体系统动力学近年来的研究成果．对建模方法、模态选取及模态综合、动力刚化及柔性多体系统动力学中微分－代数方程的数值方法等研究热点进行了详细的阐述。

多体系统动力学Riccati离散时间传递矩阵法

多体系统离散时间传递矩阵法是近年发展的多体系统动力学方法,因无须建立系统动力学方程、相关矩阵阶次低、计算速度快、建模程式化程度高等特点而倍受重视。为提高多体系统离散时间传递矩阵法的计算稳定性,本文将其与Riccati变换相结合,形成多体系统Riccati离散时间传递矩阵法,使空间传递两点边值问题化为初值问题、矩阵阶次降低。在Riccati变换时,选择了不同于振动力学Riccati传递矩阵法的合适中间变量,不扩大存储量的前提下进一步减小了计算时间。与多体系统离散时间传递矩阵法相比,提出的方法改善空间传递数值稳定性的同时不仅节省了计算时间,也提高了时间迭代计算稳定性。数值算例证明该方法对自由度十万的大系统有效、稳定性好,具有一定工程应用价值。

多体系统动力学及应用软件

对近年多体系统动力学的发展,建模方法,数值计算方法,计算机通用软件进行了回顾,并指出了该研究方向国际发展动态。

多体系统动力学动态最优化设计与灵敏度分析

基于多体系统的动态最优化设计过程包括传统的多体系统仿真分析、系统设计灵敏度分析、系统最优化设计等过程,针对多体系统运动学、用二阶常微分方程和微分代数方程描述的动力学,基于含设计参数的通用数学模型及通用的积分型目标函数,采用高效的系统灵敏度分析伴随变量方法及易于实施的惩罚函数最优设计方法,建立了多体系统最优设计数学模犁和算法.通过双摆系统、曲柄-滑块系统、弹簧/阻尼器-滑块系统3个算例对上述算法的有效性进行了验证.

基于多体系统动力学的某V型发动机配气机构总成的动态仿真研究

针对某V型发动机配气机构,以ADAMS为仿真平台,建立了单个配气机构以及含凸轮轴柔性体的配气机构总成的多体系统模型,并对其进行相应的动力学仿真分析.结果表明,凸轮轴变形以及各缸配气机构的动力耦合,对配气机构的动态性能有一定的影响,凸轮轴轴承所承受的载荷主要受相邻气缸各气门机构凸轮载荷及其合力的影响.

机械工程中的多体系统动力学问题

介绍多体系统动力学在先进制造技术中的重要地位和作用。建议抓住机遇 ,迎接挑战 ,采取有力措施 ,推动我国多体系统动力学的应用与发展 ,使之有效地支撑我国的先进制造技术 。

基于多体系统动力学的重载凹底平车动态响应仿真分析

为研究重载凹底平车的动态响应特性,基于多体系统动力学软件SIMPACK,建立320 t凹底平车系统刚体与刚柔耦合体动力学模型,进行动态响应仿真分析,仿真计算空、重车在不同速度下的运行,获得中底架试验点处的加速度动态响应结果。与线路试验值比较发现,在空、重车试验点位置加速度值的变化中,刚柔耦合模型的峰值要比刚体模型值要大,但两种模型下的总体趋势相似,加速度最大值都是随着速度的提高而逐渐增大,并且在每一种速度下刚柔耦合模型的值均比刚体模型的要大。另外,在运行速度不断提高时,仿真得到的两种模型的加速度平均值在空、重车试验点位置也是随着速度增加而增大,与试验结果吻合很好。其中,刚柔耦合模型的加速度平均值比刚性模型的更接近试验值,说明刚柔耦合模型比较合理。同一级速度下,重车的动态响应比空车大。

多体系统动力学软件在汽车工程中应用的新进展

多体系统动力学分析软件取得了很大的发展,在汽车工程领域的应用日益广泛,并出现了新的变化和发展趋势。该文针对目前在国际汽车工程领域应用最广泛的两类多体系统动力学分析软件SIMPACK和MSC.ADAMS,从软件的理论背景、建模思想、软件功能以及在车辆工程中的应用等多角度对其进行分析。通过该文实例分析可以看出,SIMPACK软件所建立的动力学分析模型在求解时速度更快、更稳定,解算的精度也较高,在应用于含有控制系统的动力学系统设计分析中更有特色。MSC.ADAMS软件的组成模块更丰富,方便用户根据自身的实际需要选用合适的工具,市场化程度高,全球范围内的大量应用实例表明具有较高的可靠性,且有丰富的实际工程应用经验可资借鉴。

微型客车整车多体系统动力学的建模与仿真

国内某微型客车采用了若干体现当今微型车发展方向的结构特征。在ADAMS软件系统基础上,建立了该车整车多体系统动力学的仿真模型,验证了应用该模型模拟仿真整车操纵稳定性的准确性;通过方向盘转角阶跃输入、蛇行转向、直线制动和复杂道路等典型行驶工况性能仿真分析,从多个方面对整车的操纵稳定性进行了分析和评估。

基于多体系统动力学的悬架虚拟样机库

从悬架的运动学和柔顺性(K&C)关系入手,以多体系统动力学为理论依据,建立了包含多种悬架的虚拟样机库。该虚拟样机库具有:①开放性。通过修改参数可以方便地构建用户自己的悬架虚拟样机;②实用性。虚拟样机库中的悬架都是企业实车悬架,对其仿真得出的悬架K&C特性具有重要的工程参考价值;③基础性。可快速构建多种前后悬架布置形式的整车虚拟样机。该虚拟样机为悬架产品乃至底盘产品的综合化、集成化、并行化设计打下了基础。