微分几何与向后差分相结合的多柔体系统动力学数值方法

将处理微分－代数混合方程的微分几何方法与向后差分相结合，建立了一种新的求解多柔体系统的力学方程的数值方法，通过典型算例验证了方法的正确性和有效性。

多柔体系统动力学中的间隙接触内碰撞

工程实际中的活动铰连接均存在微小间隙和接触变形,利用接触变形建模方法能求出铰中的接触碰撞力。本文全面总结了地面和航天机构中现有的含间隙铰接触变形模型、数值积分方法、铰参数辨识以及系统动态特性实验方法,指出了当前含间隙多柔体系统动力学研究中存在的问题及今后的研究方向。

完整约束柔体系统动力学方程的数值求解方法

本文从Ｂａｕｍｇａｒｔｅ的约束久修正法出发，推出了非生动力学微分／代数混合方程约束韧约的自动修正算法，给出了完整约束柔体系统动力学方程的数值求解方法，数值算例说明了该精度和有效性。

多柔体系统碰撞动力学研究综述

多柔体系统碰撞动力学研究具有重要的研究价值和工程实际意义，本文针对多柔体系统碰撞动力学研究中的几个基本问题进行了全面的分析和评述，其中包括多柔体系统动力学方程的描述、碰撞模型的建立、铰接间隙引起的碰撞问题、数值算法、实验研究、控制等几个方面，并根据目前的发展现状和研究中存在的问题。

某产品滑倒过程多体系统动力学仿真

采用多柔体系统动力学的方法模拟某产品意外滑倒的物理过程,为其损伤评估提供定量的参考依据。根据产品的结构组成和滑倒过程的物理现象,建立了一种考虑低速接触/碰撞的多柔体系统动力学模型,利用模态展开法描述纵梁、面板、安装板等产品内侧构件的弹性变形,考虑了人造革地板等非金属材料的大变形以及线缆与台面、地面的碰撞,采用适合于求解强非线性刚性微分方程的Gear法进行数值仿真计算,获得了滑倒过程的整体运动和受力规律,分析了关键部位的冲击加速度和冲击载荷,仿真结果与实际接触痕迹基本吻合。

双连杆柔性机械臂的动力学仿真

基于柔性杆件的有限段模型,利用Lagrange方程建立了包含刚性支座的双连杆柔性机械臂的刚、柔混合多体系统动力学模型并完成了系统的动力学仿真。仿真结果表明,有限段方法用于处理含柔性杆件的多柔体系统动力学问题是行之有效的,既可在宏观层次上模拟各柔性臂的大范围刚体运动,又可在微观层次上模拟各柔性臂的弹性振动,能够准确地反映此类系统刚柔耦合运动特性。

漂浮式海上风电机组动力学仿真分析

通过计算机仿真技术,分析深海漂浮式风力发电机组的动力学特性。首先分别建立海上浮式平台的水动力学模型和基于动态入流理论的风轮空气动力学数值模型,然后将其施加到由"风轮-机舱-塔筒-系泊系统"组成的多柔体系统动力学模型上,并由Fortran语言编程计算,将分析模型和结果导入到ADAMS进行可视化及后处理。最后,以美国NREL基本型5 MW风电机组数据为基础,对漂浮式风力机系统和近海的定桩式风力机系统进行动力学分析对比。研究结果表明:漂浮式海上风电机组在运行过程中,其浮式平台承受水动力而产生摇荡运动,气动载荷与水动力相互耦合对整机结构动力响应及功率波动有着明显影响。

基于T样条的变网格等几何薄板动力学分析

具有大位移、大变形的薄板在接触碰撞等工况下,其局部应变会产生剧烈变化.为了保证对其进行动力学分析的精度和计算效率,本文整合计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助工程(CAE)系统,提出了一种基于T样条曲面的变网格柔性系统等几何分析方法.首先,建立基于T样条曲面单元的基尔霍夫薄板运动学模型,并根据非线性格林-拉格朗日应变建立由T样条曲面单元离散的薄板弹性模型.其次,通过在T网格中的局部区域插入节点的方式,达到T样条曲面网格局部更新的目的.利用T样条混合函数细化算法得到计算新广义变量的转换矩阵,并结合广义α法创建了变自由度系统动力学方程的求解算法,形成了系统的T样条单元局部细化算法.最后,静力学算例与柔性单摆模型分别验证了T样条薄板弹性模型的正确性,以及T样条薄板单元在动力学分析上的精度和收敛性.通过对受冲击柔性薄板的动力学分析表明,本文所提出T样条单元及局部细化算法可以只在接触碰撞等应变剧烈变化的区域实现局部网格细化,从而控制系统自由度数,提高计算效率.

基于ISPH-TLSPH的充液多柔体动力学建模与计算

基于不可压光滑粒子流体动力学(Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics,ISPH)和全拉格朗日光滑粒子流体动力学(TLSPH)基本理论,提出了一种求解充液多柔体动力学数值模拟方法.与传统SPH方法相比,该方法可采用较大的时间步长、可避免压力振荡与柔性部件拉伸不稳定问题.通过求解混合压力泊松方程和引入位移修正技术可得到光滑的液体压力分布结果,通过添加人工黏性项使得TLSPH在数值计算中更稳定.流体域计算时,将固体粒子假设为虚粒子参与到求解压力泊松方程中.固体域计算时,流体粒子对固体粒子的相互作用力作为固体受到的外力加入到动量方程中.最后,采用5个数值算例与实验分别验证了ISPH,TLSPH和ISPH-TLSPH耦合算法的有效性,并将提出的方法应用于充液多柔体动力学问题的模拟.

滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设,建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系,强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度.在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元.根据滑轮绳索系统的特点,选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动.将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件,避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点.所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节.可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础.所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性,可为有限元方法的理论和应用提供参考.

FMD系统模型及其计算机仿真

介绍了多柔体系统动力学FMD(FlexibleMultibodyDynamics)的力学模型建立、数值求解和计算机仿真的方法 利用Lagrange方法建立多柔体动力学模型,利用参考文献[10]中的实例进行多柔体假设。

风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算

为了对风力发电机在地震-风力作用下的受力情况进行仿真计算,采用多柔体系统动力学理论建立了风力发电机结构动力学分析模型,并在FORTRAN下编程实现;采用动态入流理论进行气动载荷计算,用Euro code 8生成地震谱。以某企业开发的大型风力机为对象,应用该方法,首先进行了模态分析和地震载荷谱计算,同权威计算软件GH Bladed计算结果的比较表明,建立的计算模型正确可行;然后,对该风力机在地震-风力联合作用下的载荷进行了计算,结果显示,此时风力机所受载荷比正常情况下高出许多。

地震作用下的风电机组振动仿真分析

应用基于多柔体动力学的联合仿真技术对地震作用下的风力发电机振动响应进行了研究。首先采用GDW理论进行风力机气动载荷计算分析,在Fortran下建立风力发电"叶轮—机舱—塔架"整机的多柔体系统动力学模型,将该系统模型转化为ADAMS分析模型。然后通过动态链接文件和根据Eurocode8编写的地震载荷谱,在ADAMS中进行地震作用下的风力机系统联合仿真。仿真数据同Bladed软件结果比较表明,该联合仿真方法可较好的模拟风力机在地震作用下的振动响应。该文为研究地震对风力发电机的影响进行了一次有益的探索。

后续文章简要

大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制 我国航天工业发展迫切需要可入轨后展开的大型网架式空间结构技术，以便设计和研制口径十几米、乃至数十米的大型空间天线，该技术的科学基础是高品质的非线性动力学建模、分析和控制．本文综述了国内外该领域的研究进展，提出应重点关注的三个科学问题：一是大型网架式空间结构展开过程的多柔体系统动力学，尤其是如何对微重力环境下索网的接触和缠绕、运动副内碰撞、结构展开与航天器本体间的耦合等导致的非线性动力学进行建模和分析：二是大型网架式空间结构展开锁定后的动力学分析，尤其是如何揭示结构柔性、众多运动副间隙、热交变冲击等因素引起的复杂非线性振动机理；三是大型网架式空间结构展开锁定后的动力学控制，尤其是如何在欠驱动、低能耗条件下对非线性振动和波动提出有效控制方法．

The bond graph model of planar flexible multibody mechanical systems and its dynamic principle

In order to increase the efficiency and reliability of the dynamic analysis for flexible planar linkage containing the coupling of multi-energy domains, a method based on bond graph is introduced. From the viewpoint of power conservation, the peculiar property of bond graph multiport element MTF is discussed. The procedure of modeling planar flexible muhibody mechanical systems by bond graphs and its dynamic principle are deseribed. To overcome the algebraic difficulty brought by differential causality anti nonlinear junction structure, the constraint forces at joints can be considered as unknown effort sources and added to the corresponding O-junctions of system bond graph model. As a result, the automatic modeling on a computer is realized. The validity of the procedure is illustrated by a practical example.

考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法（英文）

目的:揭示多场耦合环境下的多自由度系统中柔性结构对机构性能的影响规律,以低压断路器多激励操动机构为例,研究机-电-热-磁耦合的多模态分断性能强化设计方法,提高短路、过载、欠压、缺相和漏电时的瞬时、短延时和长延时分断性能。创新点:1.将多自由度刚柔耦合系统的物理坐标转换为模态坐标,实现模型降阶和关联性能解耦;2.运用类比法获得零部件对关联性能的影响度,通过实验设计将难测属性转化为关联易测量,实现机构的关联性能强化。方法:1.将多自由度的含柔体动力学系统转化为自由度乘模态阶的方阵,通过Craig-Bampton逐层降阶模态矩阵,并由迭代步反馈激活柔体的高阶模态;2.通过类比求解霍尔姆力、洛伦兹力、电动斥力、电磁力和悬臂双金属片激励力,获得多激励系统机构关节的性能关联程度;3.通过低压断路器电气实验和温升实验,验证零件结构柔性对机构的性能影响规律,实现多激励机构多模态分断性能强化设计。结论:1.提出的考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法有助于提高多自由度动力学系统的瞬态性能;2.结构柔性降低分断性能,使高频分断中的峰值段性能退化;3.基于实验设计的电气实验和温升实验,验证了多激励机构关联性能强化方法的有效性。

高等教育出版社 学术著作推荐

内容简介本书首先介绍了有关机械系统动力学的一些基本概念、常用动力学方程以及相关的数学理论基础;然后按照研究对象由集中质量到刚体再到柔性体的思路,阐述了离散系统的弹性振动、多刚体系统动力学和多柔体系统动力学的基本原理和方法;最后介绍了基于通用机械系统动力学仿真软件ADAMS平台进行机械系统动力学建模分析的基本步骤及其方法,特别是结合作者的科研教学实践,给出了机械系统动力学的应用实例,以培养读者综合运用所学的数学、力学以及有关专业课程知识进行机械系统设计分析的能力,适应当前机械设计工作的需要。

高等教育出版社 学术著作推荐

书名:机械系统动力学与应用作者:覃文洁王国丽著出版时间:2021年3月定价:89.00元◆机械系统动力学建模分析原理和方法的集成◆研究对象覆盖集中质量、刚体和柔性体◆理论涵盖离散系统的弹性振动和多体系统动力学◆学理与致用并行——软件介绍和分析实例为读者实际应用提供指导●内容简介本书首先介绍了有关机械系统动力学的一些基本概念、常用动力学方程以及相关的数学理论基础;然后按照研究对象由集中质量到刚体再到柔性体的思路,阐述了离散系统的弹性振动、多刚体系统动力学和多柔体系统动力学的基本原理和方法;最后介绍了基于通用机械系统动力学仿真软件ADAMS平台进行机械系统动力学建模分析的基本步骤及其方法,特别是结合作者的科研教学实践,给出了机械系统动力学的应用实例,以培养读者综合运用所学的数学、力学以及有关专业课程知识进行机械系统设计分析的能力,适应当前机械设计工作的需要。