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.

基于K-T条件的核环吊空间滑轮绳索接触段计算方法研究

滑轮绳索系统是一类可以利用内嵌于其中的绳索控制的多体系统,一般存在大量绳索接触段,随着机械系统的复杂化和智能化,对这类系统的精确性和可靠性提出了高要求.针对核环吊起升机构中空间滑轮绳索接触段,推导了接触段绳索微元体平衡方程,得到了接触力密度的解析表达式.将绳索应变求解转化为优化问题,利用库恩塔克(K-T)条件,建立了绳索轴向应变以及应变对弧长导数满足的非线性方程,并求出了内部应变对滑轮两端参数的导数,计算了滑轮与绳索接触段的应变分布,推导了绳索方位角与弧长应满足的协调方程.同时结合接触段滑轮槽截面的几何特点,推导了切向和法向接触力密度与绳索轴向应变之间的关系,提出了滑轮两侧绳索应满足的边界条件,利用边界点处绳索与滑轮物质速度相等的条件,建立了约束方程.数值算例表明,计算结果符合绳索受力变形规律和接触力变化趋势.提供的方法为包含空间滑轮绳索机构的核环吊机构以及其他大型机械系统分析提供了新的思路.

周边桁架式可展开天线展开分析与控制

提出了一种模拟周边桁架式可展开天线展开过程的系统化方法。详细考虑了桁架节点单元具体构造,尤其是过线滑轮参数对系统展开过程的影响,通过分析系统关键点和展开角度的运动学关系以及求解空间滑轮的公切线,提出了精确计算天线展开过程中驱动拉绳长度的方法。给出了天线展开速度与电机牵引拉绳的驱动速度之间的关系,通过控制电机牵引拉绳速度来控制天线的展开过程。数值算例校验了方法的可行性,该方法可应用于一般的空间滑轮绳索系统。

核环吊平衡路径与吊重轨迹偏差

提出了一种分析核环吊系统吊重轨迹偏差的系统化方法——平衡路径法,给出了平衡路径方程和协调条件,并详细讨论了方程中所涉及的各种变量的性质和计算方法;考虑了动滑轮位置改变所引起的钢丝绳拉力方向的变化,提出了确保与钢丝绳绕绳方式一致的空间滑轮公切线求解方法;给出了卷筒卷入绳长、钢丝绳分支中绳长的计算方法,以及滑轮两端绳速传递关系。这些问题的解决方法具有一定的普适性,可应用于一般滑轮绳索系统。