大型风力发电机传动链多柔体动力学建模与仿真分析

为防止大型风力发电机运转过程中发生共振破坏危险,提出一种基于多柔体系统动力学模型的时/频域综合共振甄别方法。根据GL2010规范建立某机型MW级风力发电机传动链多柔体动力学仿真模型。进行三种复杂度级别建模方案对比,根据频率覆盖范围判定最优建模方案。通过零部件柔性、轴承刚度和齿轮啮合柔性等实现传动链多柔体动力学精确建模,运用该模型绘制和分析其坎贝尔图、能量分布图和快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)图,结合时/频域综合甄别危险共振点。通过理论计算和第三方软件两种途径进行模型验证。研究结果表明,多柔体建模方案能更深入更全面地描述复杂系统的动态特性,避免简化仿真模型造成的频率限制,该机型传动链在固有频率9.86 Hz和206.27 Hz上存在危险共振点,响应零部件为齿轮箱箱体和二级大齿轮轴,值得关注,仿真分析结果与理论计算结果和第三方软件计算结果吻合。

高速角接触球轴承保持架柔体动力学分析

在角接触球轴承动力学分析基础上,结合轴承保持架的柔体性,采用修正的Craig-Bam-pton子结构模态综合法建立高速角接触球轴承保持架柔体动力学方程。利用ADAMS系统开发了角接触球轴承刚柔多体动力学分析程序,对高速角接触球轴承保持架动态性能进行了分析;并采用Gupta的角接触球轴承动力学分析结果加以验证。分析结果表明:角接触球轴承引导间隙与兜孔间隙之比、径向载荷与轴向载荷之比过大或过小都不利于保持架转动的平稳性;相对刚体保持架而言,柔体保持架转动更为平稳。

基于多柔体动力学技术的行星轮系多体动力学仿真分析

基于多柔体动力学(MFBD)技术对行星轮系建立了刚柔耦合多体系统模型,其中柔体部件采用了节点法和模态缩减法两种建模方式。利用RecurDyn软件对该多体系统进行了仿真分析,得出了行星架速度曲线和齿轮的动态啮合力曲线,并将结果与刚体仿真结果进行比较,同时得出了行星轮系在啮合过程中的应力云图及节点应力曲线。通过对仿真结果的分析得出了行星轮被破坏的主要原因。仿真数据也为优化设计和疲劳性能研究提供了依据,为新产品的开发提供了有效的手段。

行星齿轮内齿圈的多柔体动力学分析

以多柔体动力学理论为基础,研究了行星齿轮内齿圈在啮合过程中的动力学行为。构建了基于UG的虚拟样机模型。对系统进行了分析、计算及数值仿真,求解得到轮缘厚度系数与内齿圈应力/应变的定量关系及动应力沿内齿圈的分布规律,并对内齿圈进行了结构优化。结果表明,适当降低内齿圈的轮缘厚度系数,可有效降低振动、冲击与噪声,从而提高机构的疲劳寿命。

航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学仿真

在轴承动力学分析基础上,考虑保持架的柔性特性,采用修正的Craig-Bampton子结构模态综合法建立了航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学方程,利用ADAMS系统开发了圆柱滚子轴承刚柔耦合动力学仿真软件,并对保持架动态性能进行仿真,着重对轴承工况和结构参数与保持架动态特性的关系进行了研究。仿真结果表明:振动应力引起的疲劳失效多发生在保持架梁处;高速轻载工况下保持架易产生较大的打滑;径向游隙适当增大有利于降低打滑率;兜孔间隙与引导间隙比值大于1后保持架运动平稳性明显变差。最后,试验验证表明,柔性保持架动力学模型所得结果比刚性模型所得结果更接近试验结果。

柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制

为解决工业机器人传动系统中的柔性传动环节常常导致的机械谐振问题,减小手臂在运动中出现振动,研究了基于柔体动力学模型的机器人关节振动抑制的方法。该方法先通过对机器人关节建立柔体动力学模型,从数学表达式中分析其产生振动的原因,利用ABAQUS有限元软件获得关节的振型信息,并基于ABAQUS的振型特点获得力锤激励实验法的测点布置,通过实验获得关节轴的模态信息,并进一步分析共振频率对机器人的控制影响以设计合适的陷波滤波器,从而实现对机器人关节振动的抑制。该方法在机器人第5关节中进行了仿真和控制实验,末端余振幅值的实验说明振幅加速度值从3降至0.5m/s2,停止后电机转子偏移量绝对值从1降至0.5°,体现了陷波滤波器良好的抑制特性。

柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制

为解决机器人由于结构复杂、关节耦合以及控制的非线性时变等因素给其带来的动态响应迟滞,以及关节的柔性因素引起的机械谐振的问题,改进了刚体前馈力矩补偿方法,提出了基于柔体动力学模型的柔性力矩前馈补偿控制。该方法通过建立机器人柔性关节的动力学模型,辨识得到柔性关节的扭转刚度参数以及最小惯性参数,获取更为准确的柔性因素下的预设轨迹的位置、速度、加速度信息,从而计算出柔性关节下所需的力矩值;将计算值作为前馈量,以周期为T的形式发送到伺服驱动器的底层,实时刷新驱动器,采用补偿的形式与电流环输出量进行叠加,从而实现机器人的柔性控制,使得机器人末端振动加速度幅值下降60%,提高了定位精度。实验验证了柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制的工程应用价值。

结合机器人柔体动力学和关节力矩反馈的振动控制

工业机器人的柔性传动部件降低了关节刚度,导致机器人末端存在振动问题。首先对柔性关节控制系统建模,分析其振动特性,并简述关节力矩反馈控制(joint torque feedback,JTF)的抑振原理。由于大部分商用工业机器人无配置关节力矩传感器,且存在重力项力矩和摩擦力矩,故建立柔体动力学方程并给出基于最小二乘法(ordinary least squares,OLS)的参数辨识方法,对重力项力矩和摩擦力矩进行估计,进而提出实时关节力矩估计方法。最后基于六自由度工业机器人搭建试验平台,柔体动力学参数辨识试验结果表明所述动力学模型能准确估计电机力矩,满足反馈控制的应用要求。振动控制试验中,在比例控制下,圆弧和直线振动信号能量最大分别减少达27.61%和26.25%;在比例-微分控制下,最大分别减少达37.56%和41.00%;在改进的“补偿+比例-微分控制”下,最大分别减少达38.32%和45.63%,验证了基于动力学模型的关节力矩反馈振动控制方法的有效性。

关于多柔体动力学与弹性机构动力学的讨论

本文对多柔体动力学与弹性机构动力学的关系进行了研究。分别从动参考系的选择、动力学方程的结构、动力学方程的数值解法、构件弹性变形的描述,和各自的适用范围等几方面进行了分析讨论。

基于多柔体动力学的汽车零部件疲劳寿命研究

文章分析了以路面激励作为输入的整车系统频率响应特性,以多刚体系统动力学研究为基础,通过柔性体模态展开法建立了多柔体动力学方程及全约束方程,并求解了柔性体的各阶模态位移;基于模态应力恢复法通过仿真二维路面不平度获取柔性体随机载荷谱,作为整车输入激励,并通过雨流计数法对大数据随机载荷进行了循环计数处理;通过线性损伤累积理论对整车以及零部件的刚柔耦合结构进行了疲劳寿命分析。以三轴式重卡平衡轴为实例分析对象的研究结果表明,基于多柔体动力学的汽车零部件疲劳寿命分析方法能够有效提高工程分析的效率和准确性。

基于多柔体动力学的混联研抛机床仿真分析

针对本课题组研制的-JDYP51五坐标虚拟轴混联研抛运动机床,通过建立Pro/E和ADAMS仿真模型,并结合虎克铰和单个支杆的有限元分析,列出了空间刚-柔耦合多体系统动力学方程。仿真实验结果表明,由于机床的铰接特点,支杆在运动中弹性变形很小,其柔性对动平台的轨迹影响不大,可以获得比较稳定的动力学特性曲线。

基于多柔体动力学对自卸车举升机构的分析

建立了自卸车T式三角放大举升机构多柔体动力学仿真模型,较为合理地处理了柔体之间铰接的问题,准确地模拟举升机构工作过程;得出了举升机构工作过程各个运动副的受力变化图和各个柔体的动态应力图,对设计举升机构提出了优化的建议;模拟了自卸车使用中地面有侧向倾斜的工况,得出这种工况下柔体容易失效的部位应力图,对自卸车的可靠性影响做了部分阐述。

基于Lagrange法的刚体与柔体动力学对比研究

对于机器人、航天器和车辆悬架部件等一些多体系统来说,其中一些部件的大尺寸、轻型化趋势使得传统的刚性体建模已经难以准确地模拟实际的工况,将部件所具有的柔性特性加入到多体系统模型中进行柔体动力学仿真,由于考虑了部件弹性变形与大范围刚性运动之间的耦合,故可以得到部件更为真实的动力学行为。文中通过与基于Lagrange法的刚体动力学基本方程进行对比研究,详细说明了柔体动力学方程中上述的耦合作用。以某大型雷达可展开天线为例,分别在刚体和柔体的假设下对其展开运动进行动力学仿真,结果表明采用柔性体仿真更能真实反映其动力学特性。

一种TBM推进机构的多柔体动力学建模及仿真

针对推进缸楔形布置的TBM推进机构,利用MATLAB/SIMULINK建立了推进机构多柔体动力学仿真模型,并对其建立了物理模型,将液压缸简化为柔体模型,利用拉格朗日动力学方法建立动力学微分方程,对机构施加某一激励,仿真液压缸各构件变形大小及所受驱动力的动态变化,验证了所建方程的有效性。改变部分结构参数研究其对机构变形的影响,结果表明:液压缸中活塞杆及有油腔缸体的位移幅值随着动平台铰接点小组间夹角的增大而增大;在一定范围内动平台半径越小,动静平台距离越大,机构所受驱动力越小。

天线座多柔体动力学建模与仿真分析

天线座作为支撑天线阵面探测目标的传动机构,是机械扫描雷达的一个典型部件,其动力学响应特性直接影响天线波束的指向精度。文中基于ADAMS仿真软件,以第1类Lagrange(拉格朗日)方程为建模理论,建立了天线座多柔体系统动力学模型,分析了天线座齿轮副接触力、转动角速度、转动角加速度等动力学响应特性,并与天线座多刚体动力学模型仿真结果进行了对比分析。仿真得到的天线座动力学典型数据与试验结果基本一致,表明文中采用的多柔体系统动力学建模方法及建模过程合理。该动力学建模方法可供后续类似结构设计借鉴和参考。

6R机器人柔体动力学建模及模态分析

根据D-H方法建立6R机器人的连杆坐标系,在此基础上,通过综合考虑机器人关节柔度与臂杆柔度,利用牛顿-欧拉法得到了6R机器人的柔体动力学方程;同时,根据模态理论计算了柔性机器人固有频率,并通过建立刚柔耦合模型进行仿真分析,验证了理论模型的正确性。

履带张紧装置柔体动力学模型及其仿真

为了校核和评价所设计的履带调整器的动力学性能,减少试验所需试制的样件数量,通过建立多刚体与多柔体系统的混合模型来模拟零件的实际工况,对零件进行校核。采用多体动力学软件RecurDyn和通用有限元分析软件ANSYS相结合,建立履带车辆的刚柔混合模型并对其仿真。得出了车辆在E级路面上以30km/h的车速平跑过程中曲臂和拉臂内部应力变化情况,应力云图以动画表示出仿真过程中零件各个部位的应力变化,主要承载区和危险部位,从应力曲线得到各个节点在每一时刻对应的应力数值。该方法弥补了ANSYS不能分析零部件实际工作过程中的应力应变的不足,也可应用于其他机械系统。

基于脊柱肌骨多柔体动力学模型的呼吸降载机制分析

目的建立考虑腹内压产生机制的飞行员脊柱肌骨系统多柔体动力学模型,探讨离心机过载条件下抗荷呼吸对脊柱载荷的影响。方法基于柔性多体动力学方法,提出同时考虑肌纤维主、被动内力与结缔组织超弹性的肌肉膜单元。使用这一有限单元,建立腹横肌与膈肌离散模型,并通过周期性改变二者激活度实现抗荷呼吸。腹内压由上述核心肌群包裹的腹腔体积决定,建模为作用在膜单元内表面的分布力。其他骨骼肌被使用Hill肌肉本构的索单元离散。

基于多柔体动力学理论的接触网找形方法

基于绝对节点坐标法描述的多柔体动力学理论,提出了一种接触网找形方法。考虑到接触网大变形的非线性问题,采用基于绝对节点坐标法(ANCF)描述的变长度索单元对接触网进行离散,通过多柔体动力学理论对变长度索单元的动力学方程进行推导;根据静力平衡条件对动力学模型进行退化处理,推导了张紧索单元的找形方程。同时考虑接触线的预驰度问题,根据推导的找形方程分别分离出接触线模型和定位器模型进行静态求解;对吊弦力进行更新用于承力索和吊弦模型的静态计算,得到接触网的静态构型。通过3个算例验证了该文提出的找形方法能够准确计算接触网的稳态构型,并作为动力学模型的初始条件进行验证计算。所得结果最大的相对误差不超过2%,符合工程应用的要求,能够指导接触网的设计和施工。

大口径舰炮摆弹机构柔体动力学及弹药运动误差研究

为提高舰炮自动机机构和弹药运动的控制精度,需要研究自动机柔性动力学问题。首先,利用多体动力学理论,研究弹药摆弹与转弹之间的交接运动误差;然后,根据拉格朗日方程推导了特定浮动坐标系下摆弹臂柔体动力学方程,分别由摆弹臂柔体与刚体动力学模型,分析了柔性摆弹臂的前四阶主振动响应,进一步比较了柔性体振动对于误差的影响。研究表明:在弹簧驱动条件下,柔性摆弹臂在大范围运动的同时包含着高频振动,由动力弹簧输出的摆角包含有振动成分;根据弹性振动引起的(角)位移响应误差,可以确定摆/转接口中摆弹臂摆角、弹药位移与姿态误差裕度,而抑制柔性摆弹臂一阶主振动可以有效减小响应误差。该研究结果可用于摆弹臂结构优化并以此提高摆/转接口的可靠性。