空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

Coulomb干摩擦模型与LuGre摩擦模型的分析与比较

分析比较Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型的特点。Coulomb干摩擦模型形式简单,能较好地反映stick-slip运动状态的切换,但不能反映对系统动态响应有直接影响的不同的摩擦现象,且其不连续性也给数值仿真带来了困难。LuGre摩擦模型能捕捉滑动速度变化时摩擦力的变化,使其适用于stick-slip运动的研究,然而其参数的确定十分困难,且在数值计算时需要取较小的步长才能进行求解,计算效率较低。分别应用这两种模型仿真分析含摩擦滑移铰平面刚体的stick-slip现象,通过具体算例对数值方法进行说明,并给出了结论。

数值模拟静态应力扰动下的断层失稳:结果分析兼与Dieterich模型和Coulomb模型的对比

基于大量岩石力学实验,Dieterich和其他研究者(Dieterich,1978;Ruina,1983)首先提出了描述岩石摩擦过程的速率-状态摩擦定律(R-S摩擦定律).如今R-S摩擦定律已成为研究地震成核等地震演化机制的有效手段.Dieterich(1992,1994)最早提出了描述受静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的余震触发机制的解析模型.现在Dieterich模型已经成为解释余震随时间衰减规律的Omori定律等地震观测现象的有力工具.与之相对应,广泛使用的Coulomb应力失稳模型也可以给出断层受到静态剪应力扰动后,断层失稳时间的提前和推后量.Dieterich模型和Coulomb应力失稳模型基于不同的物理方法,所以在进行地震危险性评估时,二者均有各自的局限性.本文利用R-S摩擦定律控制的1-D弹簧-滑块模型,模拟计算了理论地震循环以及在不同静态剪切应力扰动下,失稳时间的提前和推后量的变化情况,然后将计算得到的时间提前和推后量分别与Dieterich模型和Coulomb模型的相应计算结果进行了定量化对比和差异性分析,并给出了相应的解释.数值模拟结果显示,对于R-S摩擦定律在参数不变的条件下,断层模型失稳时间的提前和推后量的大小强烈依赖于静态剪应力扰动的大小和作用时间,而且绝对值相同的正、负向静态剪应力扰动造成的失稳时间的提前和推后量的变化情况并不完全一致.在震后松弛/滑移阶段和闭锁阶段,时间提前和推后量是常数,且随静态剪应力扰动绝对值的增大而增大,两者的比值接近于1.0,这与Dieterich模型和Coulomb模型的结果是一致的,相应的差值小于两模型结果的10%.而在自加速阶段,模拟计算结果则存在与Dieterich模型和Coulomb模型结果不同的特征.首先,在自加速阶段模拟计算结果均偏离Coulomb模型,而且时间提前和推后量的比值小于1.0,相异于Coulomb模型的论断.不过当受到正向静态剪应力扰动后,Dieterich模型的结果和模拟计算结果是一致的,最大相差量不超过Dieterich模型结果的7%,可接近0.对于负向静态剪应力扰动,当其绝对值较小时,Dieterich模型的结果很接近模拟计算结果,相差量不超过该结果的14%.但对于绝对值较大的情况,模拟计算结果远大于Dieterich模型的结果,最大可达Dieterich模型结果的35倍,这是由于负向静态剪应力扰动后使得Ω=δ·θ/dc1的条件不再成立,进而使得Dieterich模型不再成立.总的来说,与模拟计算相比Dieterich模型可以很好地描述1-D断层受扰后失稳时间提前和推后量的变化情况,并且可以体现出正、负静态剪切应力扰动后失稳时间提前量和推后量变化的差异性,而Coulomb模型则不能完整地给出受到静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的估计值.

基于改进复合三角函数的伺服压力机轨迹规划研究

为使伺服压力机具有良好的拉深性能,需要对其轨迹进行合理规划。针对六连杆大型伺服压力机,构建一种主传动机构轨迹规划方法。基于库伦-粘性摩擦模型,建立主传动机构的高精度动力学模型。考虑冲压过程中的工艺约束和要求,提出基于复合三角函数的伺服电机加减速控制的改进模型。针对主传动机构的能耗和效率进行分析,以滑块运动的周期能耗和生产节拍为优化指标,通过线性加权的方式构造多目标优化函数,引入机械手送料时间、滑块最大速度、主动件角速度、伺服电机动态限和热极限等约束,采用遗传算法完成了多目标优化设计。结果显示:优化后,伺服压力机主传动机构在一个周期的能效提升4.54%,生产节拍时间减小3.23%,实现了良好的拉深工艺模式。

断层相互作用与地震触发机制研究回顾与展望

断层相互作用与地震触发关系研究是震源物理学领域的热点问题,能够帮助认识强震的孕育过程与物理机理,在地震危险性分析与预测研究中也有良好的应用前景.前人的综述文章从应力触发的基本原理、方法、适用性及多个震例研究的角度,提供了详细的阐述,然而从地震活动性分析这一角度对地震触发的介绍并不详尽,也未对这两个角度的结合和互补提供进一步的探讨.本文从物理模型和统计模型两个角度,综述了过去几十年针对断层相互作用和地震触发机制研究的成果与进展;通过介绍速率-状态摩擦律,展现这一科学问题的内在统一性,并对目前存在的问题和未来的可能研究方向进行了梳理和展望.从物理模型角度,着重分析了断层相互作用来源的几个重要机制:静态应力触发、动态应力触发和黏弹性应力触发,以及计算的基本原理和方法.在统计模型方面,介绍了地震活动性分析的基本原理和方法,重点分析了ETAS模型和b值在断层相互作用和地震触发机制中的应用.从两个模型结合的角度,指出两者互相验证的统一内涵以及速率-状态摩擦律的基本原理和方法.分析指出通过库仑应力计算和ETAS模型这两种不同的角度,可以综合研究多断层或地震之间的应力相互作用,并提供交叉验证,增加结果的可靠性;应用速率-状态摩擦律可以回溯性地研究地震序列的发生过程,为认识地震触发关系和断层相互作用提供了新的视角.

直线滚珠导轨库仑摩擦力建模与分析

为了优化直线滚珠导轨系统摩擦模型、保证摩擦补偿效果,针对常见的双导轨四滑块结构,构建出当导轨存在滚道轮廓误差或变形误差条件下的库仑摩擦力分析模型。基于坐标变换方式建立不同维度下系统的误差运动映射关系,基于Hertz接触理论建立各维度下系统的力平衡方程,定义库仑摩擦力均化系数来量化摩擦力波动情况。根据库仑摩擦力分析模型讨论不同导轨几何误差下库仑摩擦力的波动情况,结果表明单滚道上整数波数的轮廓误差对库仑摩擦力波动影响最大,在确定波长下,库仑摩擦力均化系数与滚道轮廓误差幅值和滚珠预紧量的比值成正比,适度增大预紧量可有效减少库仑摩擦力波动。

深埋TBM施工输水隧洞结构的三维仿真分析

考虑围岩材料的弹塑性,引入有限元程序中的生死单元,建立了可模拟隧洞开挖过程的围岩三维仿真模型,求得了深埋隧洞围岩变形的分布模式;并在此基础上,采用接触模型和库仑摩擦模型模拟管片接头的非线性连接作用,建立了TBM隧洞管片结构的三维仿真模型,分析在不同工况(施工期、运行期、检修期)、不同围岩类型以及不同衬砌时机下管片的应力应变特征,为输水隧洞的适时衬砌和安全运行提供了依据。

变滑动摩擦系数振子简谐激励Krylov-Bogoliubov计算方法

研究了单自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统简谐激励响应计算问题 ,运用Krylov Bogo liubov近似方法推导了相应的频响方程。通过一个数值例分析 。

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。

干摩擦动力吸振器简谐激励响应计算的最优化方法研究

研究了两自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦吸振系统简谐激励响应计算问题 ,提出了最优化处理方法 ,并推导了相应的迭代方程。通过一个数值例分析 ,考察了干摩擦动力吸振器的性能及简化为理想干摩擦模型时带来的计算误差。

变滑动摩擦系数振动系统最优化计算方法研究

研究了两自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统简谐激励响应计算问题。通过将干摩擦力中的理想干摩擦力 (Coulombdryfriction)部分进行Fourier级数展开 ,取级数展开的第一项作为近似 ,结合一次谐波平衡法 ,推导出了系统的非线性频响方程组。运用最优化理论中求解非线性方程组的梯度算法 ,给出非线性频响方程组的数值迭代格式。最后 ,通过一个数值例分析讨论了干摩擦力对系统响应的重要作用。

考虑关节摩擦效应的并联机构动力学分析

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩擦力视为内力,首先考虑该机构的恰约束从动关节的摩擦力,再以'库伦+粘性'摩擦模型为基础,利用牛顿-欧拉法分别对该机构的驱动支链、恰约束从动支链与上平台建立了含摩擦的动力学模型。在已知上平台运动轨迹的情况下,通过该动力学方程得到了该机构的关节约束反力/力矩。基于驱动支链正压力与各关节约束反力/力矩之间的关系,导出了该机构的驱动摩擦力模型,并成功地将驱动摩擦力引入到该机构的动力学模型中。为对该动力学模型进行有效的仿真计算,制定了其数值仿真迭代过程。仿真结果说明关节摩擦力的存在对该机构的驱动力产生显著的影响。

滑动摩擦系数随速度变化振子随机激励Krylov-Bogoliubov计算方法研究

研究了单自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统随机激励响应计算问题 ,提出了Krylov- Bogoliubov近似方法 ,并推导了相应的均方响应迭代方程。通过一个数值例分析 。

摩擦系数随速度变化振动系统Fourier级数计算方法研究

研究了单自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统简谐激励响应计算问题 ,提出了 Fourier级数展开结合一次谐波近似方法 ,并推导了相应的频响方程。通过一个数值算例分析 ,考察了简化为理想干摩擦模型时带来的计算误差。

非恒定滑动摩擦系数振动系统等效线性化计算方法研究

研究了单自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统简谐激励响应计算问题 ,提出了等效线性化处理方法 ,并推导了相应的频响方程。通过一个数值例分析 。

相对速度对转子碰摩运动特性的影响

采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,分析转子系统碰摩分叉与混沌动力学行为,比较采用两种摩擦模型分析结果,找到转子系统通往混沌的道路。以转速为分叉参数,结合Poincar截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析系统运动状态。分析结果表明,采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,采用不同参数值的非库伦摩擦力模型,转子系统响应均有明显不同;以转速为分叉参数时,转子系统经历数次从混沌到周期解再到混沌、再到周期解的过程,即混沌与周期运动交替出现。转子系统通向混沌的道路主要是倍周期分叉;转子实验台碰摩实验结果表明,采用非Coulomb摩擦模型模拟实际转子系统比较符合实际情况。

基于指数摩擦力模型滑移隔震结构的动力特性

基于指数摩擦力模型 ,本文利用预估校正的数值积分方法计算滑移隔震结构的动力响应 ,分析了地面谐运动下结构的加速度传递率及基底滑移率随频率比的变化规律 ,并发现滑移隔振结构的振动有振幅跳跃、基底爬行等非线性动力特征。

波动载荷下滑动电接触摩擦力建模

在弓网滑动电接触过程中,受电弓滑板磨损加剧,大大缩短了其使用寿命。由于受电弓滑板的磨损问题与滑动摩擦力直接相关,对于滑板的滑动摩擦力的研究具有重要的理论意义。该文采用库伦+黏性静摩擦模型对滑动电接触摩擦力进行建模,再对原始摩擦模型的黏性摩擦部分进行修正,同时引入接触电流和接触力及其波动幅值与波动频率等因素,建立了一个新的摩擦模型。通过自行研制的滑动电接触实验机进行实验,利用得到的实验数据,采用粒子群算法和Matlab对新摩擦模型的参数进行辨识,并对得到的改进摩擦模型进行验证。由实验数据与改进摩擦模型的拟合效果图和残差图可知,改进摩擦模型能够对波动载荷下弓网滑动电接触滑动摩擦力进行合理预测。

3-RPS并联机器人粘性摩擦工况动力学建模

以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象,提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先,采用矢量法建立系统运动学模型,基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后,将关节摩擦视为系统非保守力,基于"库伦+粘性"摩擦模型对关节摩擦所做的功精确量化处理。最后以摩擦所做负功的形式对拉格朗日算子进行修正,建立考虑全部关节摩擦的系统动力学模型。同时对所建立的考虑关节摩擦和忽略关节摩擦的动力学模型进行了仿真对比,结果表明,在一个仿真周期内,移动副1、2、3驱动力的相对误差分别为18.1%、12.6%、16.5%,试验结果为机器人控制系统的摩擦补偿提供了理论依据。

地震动态应力触发研究进展

本文从以下几方面阐述了近几年来地震动态应力触发的研究进展:地震动态应力触发问题的提出;地震动态应力触发存在的证据(包括地震频度图中探寻被触发震群和独立地震、数字滤波后新发现的被触发地震和形变仪器记录的同震变化和应力阶跃等);地震动态触发的研究现状和机理等。还提出了目前动态应力触发研究中存在的问题,并对其近期的发展进行了展望。