人体下肢多体动力学仿真和步态稳定性实验研究

人体下肢是人进行步行运动的主要工具,下肢的肌肉骨骼系统是步行的执行机构,正常的下肢功能保证了人们的日常活动;下肢损伤会引起人们运动障碍,下肢运动障碍康复者虽然具有行走的能力,但是其稳定性和平衡性较差。本文着眼于人体下肢,总结并阐述了人体下肢多体动力学仿真以及步态稳定性的实验研究进展,展望了其发展趋势,旨在为临床康复治疗及康复设备的设计与开发提供帮助与数据支持。

剪叉升降平台设计与多体动力学仿真分析

该文针对变电站检修工作环境设计一款液压驱动的剪叉升降平台,该平台为对称结构,工作平台为U型结构,可同时容纳2人进行检修工作。为通过虚拟样机技术对该升降平台进行结构分析与优化,首先在SolidWorks中建立该升降平台3D模型,并将其转化为Parasolid文件导入多体动力学仿真软件RecurDyn中,在RecurDyn中建立该升降平台动力学模型,进行动力学仿真求解,通过后处理分析获得液压缸推力曲线、剪叉臂及其连接轴受力状况,为后续结构优化提供参考。

基于RecurDyn的双作用减振器多体动力学仿真

以铁路货车转向架双作用减振器为对象,在RecurDyn软件中建立了准轨煤炭漏斗车的一节车厢的多体动力学模型,并分别对其空车、重车状态下静平衡特性和基于轨道激励的整节车厢振动特性进行仿真分析。初始状态弹簧压缩量和轮-轨接触力最大偏差均小于5%,符合仿真试验模型可靠性要求。对轨道激励的车厢振动即点头和浮沉激扰工况进行仿真分析。结果表明:在空车状态下,仅由常摩擦减振弹簧提供减振力;在重车状态下,常摩擦和变摩擦减振弹簧一起提供减振力,空车、重车状态下相对摩擦系数均处于理想范围内,车辆垂向动力学性能更好。双作用减振器对缓和振动冲击影响显著,为转向架摩擦减振系统的动态特性分析与性能评估提供一种有效的研究方法。

运载火箭并联级间分离动力学仿真与分析

基于间接预测法对并联两级运载火箭的级间分离过程进行了动力学仿真,获得了并联两体分离特性和规律。结果表明,气动力将有利于提高两级间的相对速度和距离,气动力矩对一级的姿态影响小,但会使二级产生较大的俯仰角与攻角。为了改善二级的姿态,基于分离的特性规律提出了分离优化措施,仿真结果表明优化后二级的姿态更加稳定、优化措施有效。最后分析了单一偏差因素、多偏差因素组合对分离运动的影响规律,并通过蒙特卡洛仿真得到了并联级间分离轨迹和姿态的包络范围,以此来评估分离的安全性。

基于多体动力学模型的柴油机曲轴振动特性分析

为了减少发动机故障分析曲轴系统的扭转振动,建立了由活塞、连杆、曲轴、飞轮和硅油阻尼器组成的曲轴系统三维模型。利用多体动力学仿真软件ADAMS,建立了由多自由度组成的刚性混合动力发动机系统的多体动力学模型,对其进行扭振响应仿真,对曲轴的扭振进行分析。该仿真结果具有较高的精度,该计算方法具有一定的工程应用价值。

三大件式转向架斜楔建模方法及其对车辆动力学性能仿真结果的影响

斜楔是三大件式转向架的重要减振装置之一,其结构和工作原理较为复杂,因此在动力学仿真中难以被精确地模拟。文章在总结既有斜楔建模方法的基础上,提出了一种新的斜楔建模方法,不仅考虑了斜楔的6个自由度,而且建模过程简单,计算效率高。为了探讨斜楔建模方法对车辆动力学仿真结果的影响,选取摩擦功和二系垂向振动衰减率作为考察指标,对5种斜楔模型的计算结果进行了比较,并依据建模原理分析了造成摩擦功仿真结果产生差异的原因。从车辆蛇行失稳临界速度、车辆运行平稳性指标等动力学性能指标来看,斜楔不同建模方法得出的仿真结果具有较好的一致性。

软体机器人动力学建模与计算研究进展

由刚性结构制成的传统机器人存在灵活性差、环境适应能力低、人机交互不友好等缺点,而近些年受自然界生物启发研制的各类软体机器人则可克服这些缺点,但由于具有无限自由度,软体机器人的优化设计与在线控制尚面临诸多瓶颈.通过力学建模与数值仿真,则能够更好地理解其形变过程,进而指导软体机器人的设计与制造.本文聚焦最新的软体机器人动力学仿真研究,关注结构建模方法和交互仿真方法在理论计算中的应用.在结构建模方法中,从三维实体单元模型出发,介绍有限元方法的基本原理及其在静态模型、可微框架和可微投影动力学等策略中的应用;在板壳模型方面,探讨经典的基尔霍夫-勒夫板壳模型和离散壳模型.接着在结构建模中聚焦简化模型,包括基于一维降阶模型的细长结构仿真,其中涵盖了分段常曲率模型、Cosserat杆模型和绝对节点坐标方法等基本模型理论.通过典型工作的案例,探讨了一维简化模型的优势与缺点,并介绍了质量弹簧阻尼经典模型的操作方法以及最新的相关工作.在交互仿真技术中,围绕动力学仿真,涵盖外部环境交互和外场驱动交互两个方面,探讨了软体机器人动力学仿真中的挑战与应对策略.此项工作旨在为机器人开发者提供全新的动力学仿真思路,实现更逼真的仿真效果,进而为软体机器人的优化设计及在线控制提供理论支撑.

基于动力学仿真的车辆稳态操控特性优化

针对某电动汽车操控稳定性与舒适性较差的问题,利用动力学仿真参数匹配分析方法有效支持实车匹配,并获得显著成效。首先,对前后悬架垂向刚度进行匹配分析,以优化不同偏频下垂向振动所致的车身俯仰响应;为优化前后悬侧倾运动协调性,基于车辆稳态回转工况的多体动力学仿真,以转向外侧前后悬架行程相对于侧向加速度压缩速率的一致性为目标,进行前后悬侧倾刚度的优化匹配;其次,通过动力学仿真研究侧倾、侧向力以及回正力矩转向对整车不足转向的影响,提出基于硬点布置与衬套匹配的整车不足转向度优化途径,为实车调校提供有效的改善思路和方案;最后,实车匹配验证了优化方案的有效性。结果表明:优化后的前后悬垂向跳动与侧倾运动平衡性更佳,稳态操控特性改善显著,主观评分超出目标值约0.5分,操控性能提升约10%。该方案已应用于量产车型,为车辆操控稳定性能开发提供了一种参考案例。

捕捉缓冲机构刚柔耦合多体动力学仿真研究

大部分动力学仿真分析采用的都是刚性构件,在现实生活中把构件看成刚性系统来处理可以满足要求,但这忽略了构件变形的影响。为了得到更真实有效的数据,就必须把模型的部分构件看作柔性体来处理。为研究某捕捉缓冲机构的动力学性能,从理论层面介绍动力学的研究方法和刚柔耦合研究的整体思路,并利用ANSYS和ADAMS导出的.MNF文件和.LOD文件,从刚柔耦合多体动力学的角度对捕捉缓冲机构进行了综合实验分析和对比。通过刚柔耦合研究实现了动力学和结构学的联合仿真,得到了更精确的仿真数据,在获得动力学测量数据的基础上又获得了结构学数据,使仿真结果更为全面,同时也为对结果要求较高的多体动力学工程仿真问题提供了参考。

十字万向轴多体动力学仿真与啮合面磨损机理

目前对非密封式十字万向轴所产生的运动磨损机理研究较少。为此,建立了十字万向轴多体动力学仿真物理模型,研究了中间轴与上接头、下接头共轭运动副之间的运动规律及其啮合面之间接触力和摩擦力的变化规律,对比分析了现场测试与理论计算的结果。分析结果表明:工作时,十字万向轴啮合面之间先产生法向碰撞后达到相对稳定的啮合状态,再沿着轴向与切向的合成方向形成周期性往复滑动摩擦,并最终使其端面与侧面出现严重磨损;接触力与摩擦力在啮合面产生碰撞时,呈现无规律分布状态,在达到相对稳定的啮合状态后,首先出现峰值,然后呈现先减小后增大的周期性变化规律。所得结论可为十字万向轴啮合面耐磨性结构优化设计提供理论参考。

高压隔离开关多体动力学仿真及力矩特性研究

对高压隔离开关进行准确的动力学仿真是其性能优化、强度校核、故障诊断以及检修维护的基础。借助ADAMS进行高压隔离开关多体动力学仿真及力矩特性研究,建立参数化连杆机构以及触头触指模型;根据理论计算和ANSYS Workbench模态分析结果设置模型的相关动力学参数;仿真获取合闸过程触指形变和操作力矩等动力学特性,并将仿真结果与理论分析、实测波形进行对比,验证模型的准确性;最后分析不同参数下的隔离开关合闸力矩的变化情况。所提出的多体动力学仿真方法及分析结果可为隔离开关在设计阶段实现优化设计、降低成本,在工程应用阶段为工程分析、运维指导提供理论基础与数据支撑。

基于RecurDyn的动力学与控制一体化仿真模式研究

研究以动力学软件RecurDyn所建立的复杂卫星动力学模型,和以Simulink和C++语言分别建立的控制系统模型间的一体化仿真模式,通过2次开发和数据通信接口的编制,提供了2种实现该复杂卫星系统动力学模型与2类控制系统模型间的一体化仿真模式。

配气机构多体动力学仿真研究

船舶柴油机设计是一个复杂的过程,而传统的设计方法是利用弹性动力学方法进行的,设计复杂、费用高、周期长,而现在多体动力学的仿真研究可以很好地解决这个问题。文章以6L21/31柴油机配气机构为研究对象,应用Adams软件进行仿真分析,得出配气机构仿真运动规律曲线。再通过转速和气门间隙的设置,得出了一系列参数进行对比分析,获得有效的仿真数据。通过这种方法,为柴油机研究设计提供一条路径,具有十分重要的意义。

基于多体动力学的双馈式风机复合主轴传动链建模与仿真分析

文章设计了风电机组的复合主轴,采用了柔性多体动力学理论对风电机组传动链进行高精度建模,建立了风电机组传动链系统拓扑结构和动力学微分方程组,构建了风电机组传动链系统的动力学数学模型,通过时域瞬态动力学分析研究各部件的力、速度、加速度等的响应,揭示了传动链的模态、阶次和共振特性。基于柔性多体动力学平台建立了风电机组传动链高精度仿真模型,对传动链的激励频率及固有频率进行模拟分析,并与通用软件计算结果及实测数据进行了对比验证。验证结果表明,柔性多体动力学仿真结果与通用软件计算结果的仿真载荷时序曲线趋势一致,且载荷均值、幅值比较一致,与动态频率的实测结果平均相差1.51%。同时设计了复合主轴,编写复合材料主轴优化程序,与传统主轴相比,重量轻、刚度更好,优化后的传动链位移、速度、加速度、载荷的极限值分别降低了1.0%,42.7%,13.8%和2.1%,表明了系统更加稳定。

基于RecurDyn履带机器人的结构设计和动力学仿真

为提高履带机器人在复杂环境下的可靠性和稳定性,以履带机器人为研究对象,首先考虑行走装置的最大越障高度及最大跨越壕沟宽度,对履带机器人进行结构设计;其次,基于RecurDyn建立履带机器人的动力学模型;最后进行机器人越障仿真分析。仿真结果表明:在3.0~5.5 s时,弹簧所受的压力增大,主要原因是抵抗越障时所受到的冲击力;重心方向的加速度只有在越障时会突然变大,其它时刻都保持良好的稳定性;障碍高度为350 mm左右时履带机器人具有良好的越障性能。

多主动轮驱动履带车辆建模与动力学特性分析

[目的]提高履带车辆机动性能,尝试将多轮驱动模式应用到履带车辆上,这也许是提高履带车辆机动性能的一个好的途径。[方法]在RecurDyn中通过将诱导轮更换为主动轮的方法对履带车辆进行建模,利用MATLAB/Simulink建立履带车辆控制模型,在RecurDyn和MATLAB中建立联合仿真平台,进行机电协同仿真。[结果]将传统履带车辆与多驱履带车辆仿真结果进行对比可知多驱履带车辆各方面数据指标均优于传统履带车辆。[结论]在同等条件下,多驱履带车辆的直行加速性能优于传统履带车辆,继续深入研究履带车辆的多轮驱动可以为提高机动性能提供理论依据。

整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析

利用多体动力学方法建立了某轿车的整车非线性多体动力学模型,模型中考虑了前后悬架、转向系统的详细几何结构参数,以及连接处的橡胶衬套、阻尼器的非线性特性,轮胎采用M agic Formu la模型。对所建模型进行了多种试验验证,并分析了该样车的操纵稳定性等相关特性,仿真结果表明所建整车多体模型有较高的精度。

汽车钢板弹簧多体动力学建模及动特性仿真研究

汽车悬架系统常用的弹性元件钢板弹簧,既是弹性元件,又是传递纵向、侧向地面作用力的传力元件,进行动力学建模时存在一定难度。文章从多体系统动力学的角度出发,建立了钢板弹簧的多体动力学模型,并应用机械系统动力学仿真软件ADAMS对其动特性进行了计算机仿真,仿真分析的结果与试验数据基本吻合。

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。

面向SUV车型操纵稳定性的多体动力学建模与仿真

运用ADAMS软件,建立了某SUV车型的整车多体动力学模型,对该车型的前悬架及整车分别进行了前轮定位参数及动力学仿真研究和整车操纵稳定性仿真分析。在构建前悬架系统模型时,应用BEAM梁原理建立了准确反映弹性变形的后悬架模型。研究了前悬架的前轮定位参数随车轮跳动变化的规律,根据开环模型操纵稳定性的3种评价方法在ADAMS中进行了操纵稳定性仿真试验。仿真计算与分析说明,建立的SUV前悬架和整车多体系统模型与实际车型在主要性能参数及其变化趋势上相符。仿真计算与分析结果得到了该车型生产厂家的认可。