曲柄连杆机构多体系统动力学与油膜动力润滑耦合仿真研究

笔者针对某柴油发动机的曲柄连杆机构系统,使用adams中的engine模块,引入柔性的液压轴承,建立了曲柄连杆机构柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合模型,进行了忽略油膜动力润滑和考虑系统动力学与油膜动力润滑耦合两种情况下的仿真分析,并对仿真结果进行了比较。而且进一步得到了曲轴轴心轨迹曲线,最小油膜厚度等参数,为后续内燃机整机噪声分析和预测,提供更为准确的边界条件。

弹性环挤压油膜阻尼器支撑下的柔性转子系统动力学分析

弹性环挤压油膜阻尼器(Elastic ring squeeze film damper, ERSFD)具有良好的支撑作用和减振效果,但由于其结构和流场耦合行为极为复杂,使得已有的物理模型难以完整表现出ERSFD的力学特性.为了进一步探究ERSFD的力学机理,本文借助有限元仿真平台,采用双向流固耦合的计算方法,剖析弹性环与油膜之间的相互作用,获取ERSFD中油膜压力的分布规律.在此基础上,利用最小二乘法进一步拟合出ERSFD等效刚度、等效阻尼与转子轴颈扰动位移的映射关系,并将其分别引入柔性转子系统动力学模型中.通过数值计算研究了ERSFD支撑下柔性转子系统的振动响应,分别给出了不同转速下转子系统的响应分岔图、轴心轨迹等.同时,通过对比分析,进一步揭示了ERSFD所诱发出的转子系统丰富的非线性动力学行为,有助于对ERSFD轴承支撑特性的理解.

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

柴油机活塞缸套摩擦副润滑和多柔体动力学耦合特性

为研究四冲程车用柴油机活塞-缸套摩擦副的动力学及润滑特性,提出了一种新的活塞-缸套摩擦动力学耦合模型.模型中采用绝对节点坐标公式(ANCF)描述活塞-连杆-曲轴多柔体动力系统,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑模型,基于商用软件结合二次开发程序实现仿真计算.对活塞缸套摩擦副的润滑动力学计算分析表明,由于缸内压力和活塞敲击作用,缸套会产生最大值为23.6μm的瞬时变形.与刚体模型相比,考虑部件的弹性变形不仅会使活塞横向位移增加40%,还会使得活塞润滑域出现油膜压力的局部集中.另外,柔体模型的循环平均功耗更小,与刚体模型相比相差17.7%.

曲轴主轴承油膜动力润滑与系统动力学的耦合分析

在分析内燃机活塞 连杆 曲轴系统的系统动力学行为和曲轴主轴承的流体动压润滑基础上,建立了该系统的系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型,并提出了求解此模型的数值解法。利用机械系统动力学分析软件ADAMS的求解器(Solver)和自己编写的计算流体动力润滑程序连接调用进行了系统动力学与流体动力润滑的耦合分析。通过比较不考虑油膜动力润滑时缸体各部分的动态受力和考虑油膜动力润滑后缸体的动态受力表明:润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用,以不考虑油膜动力耦合作用的零部件最大受力作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度;在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是非常必要的。

内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析

在进行内燃机活塞-连杆-曲轴系统的多体系统动力学分析中考虑了曲轴主轴承和连杆两端轴承的流体动力润滑作用,建立了内燃机系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型.通过机械系统动力学分析软件ADAMS和自行编写的计算流体动力润滑程序之间的连接调用,进行了系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析.分析结果表明:在内燃机活塞-连杆-曲轴系统动力学分析中考虑油膜动力润滑作用后缸体的动态受力峰值降低,润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用.以不考虑油膜动力耦合作用的动力学分析作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度,在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是非常必要的.

二回路系统钠泵流体动静压混合润滑轴承的润滑机制及动力学特性

对某型工程中的复杂二回路主循环系统钠泵流体动静压混合润滑轴承进行分析。采用流体动静压润滑理论,利用高级旋转机械动力学分析软件包ARMD对该型轴承进行建模和分析,揭示该型轴承相对于传统润滑轴承润滑机制的特殊性,研究不同外载荷、不同转速、不同初始偏心率下钠泵轴承的润滑性能参数及动力学特性参数的演化规律。研究结果表明:外载荷、转速和初始偏心率是影响钠泵轴承润滑性能的重要因素,最大压力、功耗、温升及刚度阻尼系数随外载荷的增大而增大,随初始偏心率增大而略有降低;最小膜厚则反之。该研究为进一步开展钠泵轴承-核主泵转子耦合系统的动力学特性的研究奠定基础。

含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学分析

针对含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学问题,采用挤压油膜润滑力约束替代运动学约束的方式构建间隙铰模型,并对比分析间隙铰在油膜润滑和干接触情况下的模型参数(如油液黏度、间隙尺寸)对机械系统动力学特性的影响。数值算例结果表明,润滑油膜具有良好的减震效果,使得系统动态性能各项指标接近于理想情况,且最小油膜厚度远大于安全值;随着间隙增大或油液黏度减小时,铰接副反力出现振荡,系统刚性趋于严重,特别是在油液黏度较小时,销轴与轴套接触面接触趋于频繁,干接触和磨损可能性增大。

核主泵系统高温液态铅铋润滑导轴承流体动力学特性分析

铅铋轴承是新一代核电站二回路主循环系统重要组成部分,用于支撑整个转轴系统。针对轴承存在的动力学特性和润滑机制尚不清晰等问题,建立铅铋轴承流体动力学模型,研究间隙、转速、偏心率和有无环形导流槽对铅铋轴承液膜流体动力学特性的影响,揭示压力峰值与转速、偏心率和间隙的变化关系,探明间隙对动压效应形成规律的影响。研究结果显示环形导流槽对承载力和摩擦因数的影响远小于无环形导流槽,最大压力随着转速、偏心率的增大而增大,随着间隙的增大而减小,最小压力与最大压力结果相反。研究结果为新型高温液态金属润滑轴承设计研发及国产化提供了理论依据。

含间隙铰的机械多体系统动力学模型

对四类间隙铰模型(连续接触模型、有限元模型、经典碰撞模型和接触变形模型)进行分析比较,给出了经典碰撞和接触变形模式的含间隙多体系统动力学模型。经典碰撞模式的动力学模型着重考察系统动力学的整体行为,不能预测碰撞过程中铰关节局部接触力的变化历程。接触变形模式的多体系统动力学模型考虑了碰撞体间的法向和切向接触力,以及阻力矩,能够求解系统运动过程中间隙铰轴销与孔体的碰撞力。采用间隙铰的非线性弹簧阻尼模型,研究了重力场及其方向性对空间可展机构动力学性能的影响。计算结果表明,无重力与有重力环境时含间隙可展机构动力学行为有较大地差别,重力作用使间隙铰内碰撞减弱。为了保证在地面试验中可靠地预测在太空展开性能,可展机构在地面试验时应采取重力补偿措施。

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。

多体系统动力学微分／代数方程组数值方法

多体系统动力学微分／代数混合方程组又称Ｅｕｌｅｒ－ｌａｇｒａｎｇｅ方程，是近十年来动力学和计算数学领域研究的热点之一．本文介绍这两个领域中引入的传统的数值积分方法与新的理论．

泵水润滑轴承-转子系统的动力学特性研究

针对当前泵水润滑轴承-转子系统模态分析与稳定性等动力学特性研究相对薄弱等问题,以设计的某高压多级泵为例,通过合理简化,建立研究该泵轴承-转子系统动力学特性的三维实体模型与数学模型;利用ANSYS进行的考虑惯性效应、不同角速度的多载荷模态分析生成了刚性支承坎贝尔图,计算得到了考虑陀螺效应的前4阶固有频率、3 000 r/min载荷下的正进动涡动转速(即临界转速);分析得出了系统在工作转速与非工作转速下的轴系不平衡响应曲线;恒定转速下突加激励时转子系统的瞬态特性分析表明,虽然突加激励力后转子系统会出现较大振动,但随后振幅逐渐减小并趋于稳定,说明该水润滑轴承-转子系统是稳定的刚性系统。

曲轴系统多体动力与油膜动力润滑耦合的数字化仿真研究

利用ADAMS以及MATLAB建立了某四缸机曲轴轴系与流体动力润滑的主轴承耦合多体动力学模型,得到了主轴承载荷、轴心轨迹及油膜最小厚度等数据。研究分析得出:与使用简化的转动约束轴承及线性轴承相比,考虑流体动力润滑耦合作用后,轴系得到的主轴承载荷及轴心轨迹的工作规律更接近实际系统。仿真得到的油膜轴承最小厚度及其工作特性为曲轴轴系动力学耦合分析和优化设计以及判断轴承工作的可靠性提供了重要依据。

基于空间算子代数理论计算多体系统动力学建模

为了提高计算多体系统动力学正、反向动力学建模效率,应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对计算多体系统正、反向动力学进行设计与实现。广义质量是联系旋量力和旋量加速度的的重要参量,据此可形成正、反向动力学高效递推算法,用空间算子代数理论求出广义质量、正、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征。运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成,对计算多体系统动力学仿真及正、反向动力学进行参数化分析与计算,给出编程实施过程及建模IDEFO方法。根据分析结果,对PUMA560机器人典型多体系统进行正、反向动力学建模,并与结果进行对比,通过算例验证结果的正确性和有效性。

曲轴系柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真

以建立内燃机曲轴系统更精确的动力学模型为目的,利用ADAMS建立了曲轴系柔性多体系统动力学模型,并联合使用ADAMS和EHD(弹性流体动力学)用户定义子程序建立了油膜流体动力学模型,进行了曲轴系柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合仿真,将不计入油膜作用时的多体系统动力学仿真结果与计入油膜作用时的耦合仿真结果进行比较.同时,得到了曲轴主轴承轴心轨迹,并分析了入口压力、入口温度、发动机转速和负荷对轴心轨迹的影响.

多柔体系统动力学建模理论及其应用

以往对机械系统进行动力学分析 ,要么将其抽象为集中质量—弹簧—阻尼系统 ,要么将其中的每个物体都看作是不变形的刚性体 ,但如果系统中有一些物体必须计及其变形 ,就必须对机械系统建立多柔体模型。本文阐述了柔性体建模理论 ,并用汽车前悬架多柔体模型进行举例说明。结果表明多柔体模型的仿真结果较多刚体动力学模型的仿真结果更接近道路试验数据结果 ,充分验证了多柔体建模的必要性和有效性。

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。

含间隙的变拓扑多体系统动力学建模分析

分析了含间隙多体系统的变拓扑结构特性 ,引入了基本约束和变结构约束概念。在动力学建模中将系统拓扑结构的变化表示为含间隙处约束关系的变化 ,即变结构约束的增加与删除 ,给出了拓扑结构切换点的识别方程 ,建立了含间隙多体系统动力学的广义模型。对典型含间隙系统进行了仿真研究 。

柔性多体系统碰撞动力学研究

针对工程中常见的柔性多体系统碰撞过程,详细的分析了柔性多体系统的接触碰撞条件,基于非线性等效弹簧阻尼模型建立了柔性体的碰撞模型,并基于库仑摩擦模型考虑两体碰撞时的切向摩擦作用。在此基础上把柔性体碰撞模型综合到柔性多体系统动力学方程中,建立了含接触碰撞的柔性多体系统动力学模型,此模型适用于一般含碰撞的多体系统。仿真算例以柔性梁在重力场中的接触碰撞过程为对象进行动力学仿真,研究柔性梁碰撞前、碰撞过程及碰撞后的动力学特性和动态响应,以及碰撞过程碰撞力的变化规律,并与刚性梁在重力场中的接触碰撞过程进行详细的比较和分析,结果表明基于非线性等效弹簧阻尼模型建立的柔性多体系统碰撞动力学模型可以有效的分析接触碰撞过程的动力学性能,验证了模型的有效性和正确性。