复杂载荷下大柔性多臂节机械臂架系统刚柔耦合动力学分析

为更加准确地研究复杂载荷下大柔性、多臂节机械臂架系统的动力学特性,提出基于刚柔耦合特性对臂架系统进行动力学仿真分析的方法。首先,根据臂架系统及部件的实际尺寸建立三维模型,并将臂架系统中弹性变形较大的转台,三、四、五节臂架考虑成柔性体;然后,在ANSYS WorkBench中建立臂架系统的刚柔耦合模型并进行仿真分析;最后,通过分析得到关键柔性体部件铰点的载荷受力曲线与臂架系统中柔性体部件的应力云图。分析结果表明:大柔性、多臂节机械臂架系统在设计中考虑柔性体因素进行刚柔耦合分析与工程实际更加相符,也可以更好地为臂架系统的改进与结构优化奠定基础。

LNG硬管接车臂自动对接研究及应用

针对现有LNG装卸场站槽车充装多为手动充装、人工推动接车臂操作困难、劳动强度大、耗时长、效率低等问题,提出一种具备在划定车辆停靠区域情况下自动对接的LNG硬管接车臂的控制方法。一是实时采集各执行机构的位移,换算为各旋转关节运动的角度及角速度,为有效抑制干扰,防止信号突变,引入一阶滞后滤波算法,滤波后反馈给控制系统;二是通过D-H表示法建立接车臂的运动学模型,进行接车臂的正、逆运动学分析;三是在笛卡尔直角坐标空间规划接车臂末端的实时空间位姿及其对应的速度、加速度;四是建立外环角度控制,内环角速度控制的位置速度双环控制器;五是采用Matalb机器人工具验证正运动学解算表达式的正确性及接车臂运动范围仿真,通过阶跃信号仿真双环与单环PID控制算法的控制效果,实际测试表明自动对接准确率可达99%,相比手动对接时间可节约30%,可有效提高对接效率,减少操作人员数量及劳动强度。LNG硬管接车臂的自动对接控制方法能较好地应用于LNG装卸场站槽车充装自动对接,具有一定的推广和参考价值。

采煤机截割部刚柔耦合动力学分析与摇臂优化研究

以MG1000/2500-WD型采煤机为研究对象,根据采煤机截割部基本结构特征,构建采煤机截割部刚柔耦合动力学模型,从转速、加速度、啮合力、应力4个角度开展采煤机截割部仿真分析。根据仿真分析结果,获取采煤机截割部摇臂截割过程中应力云图以及关键点应力曲线,确认采煤机截割部摇臂的受力特点,再以此为基础实施摇臂优化设计,具体设计过程包括摇臂瞬态分析以及摇臂优化设计2部分。为验证所提出采煤机截割部摇臂优化设计的有效性,将优化设计应用于工程实践,最终确认优化设计具有一定的应用价值。

带刚臂的两节点精确悬链线索元的非线性分析

为解决应用悬链线索元时锚固点的刚性连接问题,在应用悬链线基本方程导出的两节点悬链线索元的切线刚度矩阵基础上,推导出两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元的切线刚度矩阵显式表达式,并且分析了考虑索元初次张拉和成形使用两种条件下切线刚度矩阵的迭代求解技术。分析和算例表明,应用两端带任意刚臂的两节点精确悬链线索元可以很好地解决前述问题,且其有限元分析格式与不带刚臂的悬链线索元完全一致,而且当索元不带刚臂时该切线刚度矩阵可自动转化为相应的刚度矩阵,实用价值较强。

网壳结构节点体对其承载性能的影响

提出用大位移带刚臂杆元来考虑节点大小对网壳结构承载性能的影响，推导出大位移带刚臂元的影响矩阵，修正了Ｃ．Ｏｒａｎ［１］的渠－柱单元切线刚度矩阵，并对类似的支座节点体进行了同样的推导修正．通过对网壳结构算例的分析计算，证明了文中理论的正确、可靠．

考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.

考虑整体节点刚域模拟影响的钢桁梁力学效应分析

在钢桁梁整体节点板的传统分析方法中,杆件长度取为节点之间的理论距离,节点一般按刚接或铰接处理,不考虑节点刚域的影响,导致实测刚度大于理论计算值。针对这一不足,以榕江特大桥[(110+2×220+110)m连续钢桁梁柔性拱组合桥]为背景,选取2个完整节间,分别建立常规梁单元模型、多尺度模型和刚臂梁单元模型,对比3种模拟方法下各杆件的内力和组合应力,研究整体节点板刚度对结构力学效应的影响。结果表明:考虑节点刚域影响时可获得较为理想的计算结果;常规梁单元模型弱化了节点刚度,导致结构刚度偏低;多尺度模型能提高分析的精度,但处理过程过于复杂;刚臂梁单元模型计算结果偏于安全,可作为模拟节点刚度的一种简便方法。

基于U.L列式的带刚臂平面梁元非线性分析

为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,基于U.L法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵表达式,指出已有文献在推导过程中省略了单元已有内力对切线刚度矩阵附加项的影响,有可能出现在非线性程度较高的时候计算不收敛的问题,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤;利用本文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析.计算结果表明这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强.

引信经典后坐保险机构对过载时间的响应特性

为了优化设计引信后坐保险机构的保险和解除保险性能,应用刚体动力学理论和仿真软件ADAMS、LS-DYNA分析了引信经典弹性后坐保险机构和刚性后坐保险机构对不同后坐过载作用时间的响应特性,得到了不同后坐过载时间下两类后坐保险机构解除保险时间响应;两类后坐保险机构不同的解除保险时间表明两类保险机构对相同后坐环境响应特性不同;过载作用时间影响保险机构解除保险正确性;在后坐过载系数较大时,弹性保险机构和刚性保险机构均可能解除保险;在后坐过载系数较小时,无论过载作用时间如何变化,刚性保险机构均不能解除保险,而在过载作用时间较长时弹性保险机构会出现解除保险情况;因此,针对不同后坐过载作用时间应注意正确选择引信保险机构的类型。

有限元计算建模过程中不同单元的连接

复杂的结构工程课题的有限元计算模型有时是比较复杂的,往往需要采用不同的单元形式构成一个混合的计算模型。根据笔者从事多年有限元计算所积累的经验,举例总结了在有限元分析建模过程中处理不同类型单元连接的方法。对于简单情况,可以选用建立约束方程组的方法,而直接引入刚度法则在使用中更简单直观。计算表明,两种方法都能得到较满意的结果。

计及环境特征的刚—柔机械臂动力学建模方法与理论研究

基于Kane方程推导建立了在惯性参考坐标系中的刚—柔机械臂的非线性动力学模型 ,并利用假设模态的方法对方程进行离散 .在对刚—柔机械臂进行主动柔顺控制时 ,柔性机械臂要受到未确知外部环境的约束 .本文建立了计及环境特征的一般柔性多体系统动力学模型以及计及环境特征的刚—柔机械臂动力学模型 .

船用挖掘机机械臂刚柔耦合动力学及特性研究

将船用挖掘机机械臂结构近似处理成带末端集中质量的柔性悬臂梁。考虑机械臂轴向变形,用拉格朗日定理建立其刚柔耦合的动力学方程,用数值方法求解相关参数一阶固有频率灵敏度,获得机械臂振动固有频率及相关参数变化关系。应用NASTRAN、ADAMS等软件建立柔性臂架、柔性变幅绳、柔性抓斗提升钢丝绳、刚性支架、刚性回转平台的船用挖掘机机械臂系统虚拟样机模型。结合该机械臂系统结构及工况特点进行动力学仿真分析,获得系统位移、速度、加速度及连接点铰接力、机械臂的动态应力等动态性能。并对结果对比论证,为进一步研究机械臂工作稳定性及运动精度控制提供依据。

考虑刚柔耦合特性的SUV控制臂强度分析

针对企业某SUV控制臂强度能否满足使用要求的问题,以其麦弗逊前悬架控制臂为研究对象,运用HyperMesh建立了控制臂有限元模型。针对4种不同工况下的载荷边界条件,建立了以控制臂为柔性体的刚柔耦合的麦弗逊悬架动力学模型,将建立的悬架模型进行运动学仿真与实车K&C测试数据对比验证了悬架模型正确性,通过施加各个工况下的轮胎接地力进行静载仿真分析确定了控制臂载荷输入,应用惯性释放法对控制臂进行了强度分析,为验证和改进控制臂的结构提供了理论依据。

采煤机摇臂传动系统动力学特性分析与壳体改进

采煤机摇臂传动系统是决定采煤机工作效率的关键因素。针对采煤机摇臂壳体与各轴、各轴上轴承滚动体与其内外圈实时接触力难预测的问题,文中参照MG7180型采煤机摇臂建立了以摇臂壳体、各轴、液压缸缸筒为柔性体的采煤机摇臂传动系统刚柔耦合模型。以RecurDyn软件为仿真平台施加边界条件和负载进行动力学仿真,得出传动系统中各轴与采煤机摇臂壳体的接触力、接触压力及各齿轮间啮合力曲线,生成摇臂壳体位移应力云图且对各轴孔中心点位移变化值进行统计,并在此基础上对摇臂壳体进行结构改进。文中研究为采煤机摇臂传动系统的优化设计与疲劳寿命分析提供新思路和数据参考。

带刚臂平面悬链线索单元的非线性分析

针对索梁混合结构中存在的索单元锚固点刚性连接问题，将锚固点的刚性连接视为刚臂，进行了带刚臂的平面悬链线索单元研究。一方面在已有文献的基础上，根据平面刚臂的受力和变形特点，基于微分方法导出了两端带任意刚臂的平面悬链线索单元切线刚度矩阵显式表达式；另一方面，为考虑温度变化对索单元计算的影响，基于索单元变形的几何与物理意义进行了考虑温度变化的索单元节点力计算方法的研究。通过与已有文献的对比，表明了本文研制的程序及导出的考虑温度变化的索单元计算方法的正确性；考虑温度变化下由本文方法得到的索水平张力与已有文献解析解最大仅相差0.862%。同时本文考虑的刚臂非线性因素更加全面，具体体现在：在非线性计算能力上，已有文献方法在荷载大于2.52kN 时计算无法收敛，远小于本文方法能达到的35kN；在计算效率方面，在7个荷载增量步内已有文献方法所需的迭代步数为4-33，而本文方法的迭代步数保持在4不变。

有黏结预应力梁中预应力筋的几何非线性分析

以常规的非线性平面梁元平衡方程为基础,将预应力束视为两端通过刚臂与混凝土梁元节点连接的平面杆元,在局部坐标系(随转坐标系)中计入预应力,根据刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,采用微分方法导出其在结构坐标系中的切线刚度矩阵,从而获得混凝土梁元与预应力束杆元在结构坐标系中的组合单元切线刚度矩阵;编制了程序,对预应力钢筋混凝土悬臂梁进行几何非线性分析;与ANSYS计算结果比较表明,提出的方法在非线性程度很高时仍能获得高精度数值解,具有对单元数量不敏感,预应力作为非保守荷载的特点容易被计入的优点。

带刚臂梁—柱特征值分析及损伤识别研究

本文指出了对钢筋混凝土梁类构件和试验条件下的偏压柱试件采用带刚臂分析模型进行动力分析的必要性，并进行了理论推导和实例分析，提出了相应的刚度识别方法。

刚-柔机械臂主动柔顺控制的实验研究

着重进行刚-柔机械臂主动柔顺控制系统的实验研究,在对刚-柔机械臂进行总体柔顺控制的时候,采用基于视觉反馈的位置控制和基于应变反馈的力控制相结合的开关变结构控制,我们称之为准变结构控制。在柔性机械臂进行主动跟随的控制过程中,我们引入了在线预测误差补偿的方法,以提高柔性机械臂主动柔顺的跟踪精度。

车厢可卸式垃圾车拉臂系统的刚柔耦合仿真分析

针对车厢可卸式垃圾车拉臂系统存在的所受负载不断变化、工况较多的问题,对拉臂系统在满载装卸过程中油缸力、拉臂作用力以及拉臂应力、应变的动态变化规律进行了研究,采用刚柔耦合的分析方法,通过机械系统动力学软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,建立了以拉臂为柔性体的刚柔耦合仿真系统,并进行了联合仿真分析,得到了拉臂系统所受作用力在不同拉臂转角、举升角时的变化值以及拉臂最大应力、应变发生的位置,验证了拉臂装配体强度及刚度要求符合设计要求。研究结果表明,刚柔耦合仿真能有效地模拟拉臂系统受力情况,与典型的工况方法相比,考虑动载对强度分析的影响,能更准确确定拉臂系统的危险工况,从而为拉臂系统的结构优化提供较为可靠的依据。

未确知环境下刚-柔机械臂主动柔顺运动控制的仿真研究

对未知环境下刚-柔机械臂主动柔顺控制进行仿真研究.利用MatlabTM提供的控制工具箱进行控制器的设计,使用SimulinkTM进行系统仿真.本文分别设计了PID控制器,H∞控制器,并对在不同控制器下的闭环系统的性能进行了比较.对刚-柔机械臂主动柔顺控制的快速定位、慢速趋近目标物体以及柔性机械臂的主动柔顺跟随运动进行了仿真研究.