多体系统中深沟球轴承旋转铰内接触分析

将传统方法用于铰内接触分析时,需要通过物体的相对运动细节判断接触位置. 但实际机械系统中的铰,其内部缝隙非常小以至于几乎与计算误差的数量级相同. 在这种情况下,传统方法中的数值病态非常严重,难以得到合理的结果. 结合深沟球轴承旋转铰的构造细节,分析了钢球与轨道接触时运动学描述参数之间的关系、钢球在有效承载时的受力特征以及铰内接触形式的特点. 在此基础上,提出了一种确定多体系统中深沟球轴承旋转铰内接触力和接触位置的方法. 所提方法不需要解除铰的运动学约束,也不必求解非线性互补方程,因此在数值稳定性和计算效率方面具有优势. 数值算例验证了该方法的可行性.     

多刚体系统碰撞动力学方程及可解性判别准则

本文引入碰撞铰概念描述开环和闭环多刚体系统中各刚体间任意碰撞的情况,导出了适用于计算机编程求解的碰撞动力学方程,该方程适用于开环和闭环系统,文章对方程可能出现奇异的情况作了讨论,根据系统的碰撞结构导出了方程非奇异的必要和充分条件,文末以卫星帆板展开锁定过程作为算例。     

挠性多体系统动力学

本文以递推形式给出了挠性多体系统的动力学方程。此方程具有如下特点:(1)对整个系统而言,方程数目多,但递推的每一步只需要解低维的方程组,从而避免了高维矩阵的求逆,减少了计算量。(2)对不同类型的问题,方程形式具有很高的相似性,便于程序编制,各个需要求逆的矩阵都是对称正定的,这样减少了计算量和计算机内存单元。(3)这种方程形式处理非树形和带有约束条件的系统很方便。     

多体系统动力学方程符号推导

符号演算又名计算机代数,是近二十年来蓬勃发展的计算机科学。用符号演算导出复杂的多体系统动力学非线性微分方程组,可以提高计算效率,计算精度,减轻人的劳动並为设计方案的选择提供快速分析的依据。本文介绍用FORTRAN-77在VAX/11—780上符号推导以6自由度机器人为例的多体系统动力学方程。文中方法可应用于航天器、机构等动力学方程推导。     

多体系统动力学逆问题的一种处理方法

首先用控制力法建立多体系统动力学逆问题的运动微分方程，然后给出奇异值分解在求系统动力学响应中的应用及作用在系统中的控制力的解法，最后举了一个算例。     

多体系统动力学方程的无违约数值计算方法

多体系统动力学方程为3阶微分代数方程,已有的约束违约稳定法存在位移违约问题,数值仿真准确性和稳定性不足。本文将求解高阶微分代数方程的降阶理论、ε嵌入处理方式与隐式龙格库塔法相结合,提出了直接满足位移约束条件的多体系统动力学方程的无违约算法,避免了约束违约问题。该方法先将多体动力学方程转化为2阶微分代数方程,并与位移约束方程联立;再应用ε嵌入隐式龙格库塔法进行数值求解。应用两种方法分别对单摆机构进行数值仿真,结果表明本文的方法不仅能适应较大步长,且准确性和稳定性均优于约束违约稳定法。     

多体空气动力学研究进展

多体飞行器普遍存在于航空航天、空天和武器领域中, 主要有以下三大类型: (1) 多个飞行器相互不接触的近距离飞行; (2) 多体飞行器相互接触或组合飞行; (3) 多体飞行器回收或解锁分离过程的相对运动. 多体飞行器在飞行、回收或分离过程中存在相互的流场干扰或作用, 使多体飞行器具有不同于孤立体飞行器的流动物理或特征, 特别是在超声速、高超声速的多体流动中, 多体间存在多重激波反射、衍射以及激波与旋涡、激波与边界层相互干扰或作用, 这些复杂流动能显著地改变多体飞行器的空气动力学特性. 作者引入“多体空气动力学”概念对多体飞行器这一类问题进行概括和总结, 并阐述其基本内涵、应用场景和研究方法/手段及典型多体构型的超声速/高超声速流动结构和特征.      

多体系统动力学约束Hamilton方程多步块方法

针对多体系统动力学Hamilton体系正则微分-代数方程,基于等距节点、Chebyshev节点、Legendre节点等非等距节点,在时间区间上建立r-级多步块求解格式,得到单步区间各节点的非线性代数方程,求解过程利用Newton迭代.以双连杆机械臂系统为例,使用r-级多步块格式进行数值仿真,通过改变步长、仿真时间以及节点数分别对指标-1、-2、-3的Hamilton系统正则微分-代数方程进行数值验证.数值结果表明,本文方法稳定性好、精度高、计算效率高,能很好保持Hamilton能量误差以及各级约束误差,特别是对于长时间仿真,Hamilton能量误差不会产生漂移,适合长时间多体系统动力学仿真.     

树形多体系统非线性动力学的数值分析方法

研究了树形多体系统大线性动力学分析的数值方法,利用多体系统的正则方程及其线性化程,给出了多体系统Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射的计算方法,该算法具有较好的计算精度和通用性,既适用于说明该算法的有效性,并对该系统的动力学行为进行分析,最后用算例说明该算法的有效性,并对该系统的动力学特征（周期解、准周期解、分岔、混沌以及通往混沌的道路等）进行了分析。     

可展桁架展开过程模拟的违约校正

在 Yoon等学者的基础上 ,利用泰勒级数和 Moore-Penrose广义逆对主动校正法进行了深入、清晰的阐述 ,并针对可展桁架结构展开模拟所遇到的完整定常约束 ,发展了一种简单实用且精度较高的能量和速度违约校正方法。文中给出的算例说明了本文的违约校正算法的有效性     

多体系统动力学方程违约修正的数值计算方法

多体系统动力学方程为微分代数方程,一般将其转化成常微分方程组进行数值计算,在数值积分的过程中约束方程的违约会逐渐增大.本文对具有完整、定常约束的多体系统,在修改的带乘子Lagrange正则形式的方程的基础上,根据Baumgarte提出的违约修正的方法,给出了一种多体系统微分代数方程违约修正法和系统的动力学方程的矩阵表达式.通过对曲柄-滑块机构的数值仿真,计算结果表明本文给出的方法在计算精度和计算效率上好于Baumgarte提出的两种违约修正的方法.     

多体系统动力学中关节效应模型的研究进展

在一般的多体系统动力学研究中认为运动关节是理想运动副. 然而,实际中的运动关节不仅含有间隙与摩擦,还有间隙引起的关节元素之间的接触碰撞、局部变形和磨损. 多体系统动力学中的关节效应不仅引起了系统的振动和噪声,减小了系统的可靠性和寿命,而且损失了系统的精度和稳定性. 为此,对近十几年多体系统动力学中关节效应的研究进行了详细分析,总结了关节效应中间隙运动学模型、接触力模型与磨损模型在多体系统动力学中的建模过程. 其中,着重分析了多体系统动力学中关节磨损效应的研究进展,并对常用的Reye'shypothesis 和Archard 磨损模型进行了比较,详细地分析了Archard 磨损模型的演变形式以及主要磨损参数(接触应力,接触面积和滑移距离),特别分析了关键磨损参数接触应力的建模方法,解释了基于Winkler 弹性基础理论在求解接触应力时遇到的困难. 另外,介绍了4 种间隙运动副(转动副、移动副、圆柱副和球面副) 的运动学模型. 分析了考虑关节磨损多体系统动力学模型的一般建模方法,并以平面五杆机构为例说明了其建模过程.最后,简要地展望了多体系统动力学中关节效应模型的发展趋势以及应用前景.      

关于非理想系统的伍德瓦迪亚-卡拉巴动力学方程的讨论

讨论了由伍德瓦迪亚(Udwadia)和卡拉巴(Kalaba)提出的针对一般非理想系统的动力学方程,并对理想及非理想约束力的表达式进行了修改. 修改后的表达式有更清晰的物理意义且显示了同物理定律相适应的理想约束力及非理想约束力之间的耦合效应. 例子中分别采用经典的刚体动力学方法、伍德瓦迪亚-卡拉巴方法及修改后的伍德瓦迪亚-卡拉巴方法进行了对比研究,证实了对方程修改的意义.     

基于高斯原理的多体系统动力学建模

基于高斯最小拘束原理,以释放中的绳系卫星为背景,建立地球引力场内变长度大变形柔索联系的多体系统动力学模型. 利用基尔霍夫动力学比拟方法将柔索的变形转化为刚性截面沿中心线的转动,使包含刚性分体与变形体的刚柔耦合系统转化为由柔索的刚性截面与刚性分体组成的广义多刚体系统. 由于刚性截面的局部小变形沿弧坐标的积累不受限制,适合描述柔索的超大变形. 文中对此刚柔耦合多体系统导出其在地球引力场中的拘束函数,考虑各分体在空间中相对位置的几何约束条件,利用拉格朗日乘子构成以条件极值问题为特征的数学模型. 将高斯原理用于多体系统动力学的建模,其特点是以寻求函数极值的变分方法代替微分方程,通过数值计算直接得出运动规律. 其形式统一,不随系统拓扑结构的变化而改变,也无需区分树系统或非树系统.对于带控制的多体系统,动力学分析还可根据技术需要与系统的优化结合进行.     

多体系统Euler-Lagrange方程的最小二乘法与违约修正

针对受完整约束的多体系统动力学Euler-Lagrange方程,在其传统的直接增广算法和零空间方法基础上提出了当系统存在冗余约束情形下的最小二乘法.同时,对应于最小二乘法提出了改进的约束违约修正方法.本文还针对Euler-Lagrange方程的计算过程给出了相应Jacobi矩阵的QR分解和零空间连续正交基的算法.最后,以平行五连杆机构给出了数值结果并与部分现有方法进行比较.     

平面棱柱铰内考虑摩擦效应的接触分析

研究了多体系统中平面棱柱铰内的摩擦接触分析。在忽略铰内的碰撞效应的前提下,根据接触力系与约束反力的等效关系,以及各个角点接触力自身满足的互补关系,得到了接触力系关于摩擦力的线性互补方程。结合库仑摩擦定律,确定了铰内角点处的接触反力以及摩擦合力;另外,由接触力曲线可以得到铰内的接触形式,以及各个接触形式发生改变的时刻。通过ADAMS算例验证,这些接触形式转换的时刻就是铰内发生碰撞的时刻,为高效率地研究铰内碰撞提供了可能。     

弹性杆-刚性体系统动力学分析的广义逆矩阵方法

将多刚体系统的广义逆矩阵方法推广到含弹性杆与刚性体的混合系统的动力学分析中,建立了以节点坐标表示的基于全局惯性坐标系的刚体-柔性体混合系统动力学方程.首先以两端节点坐标为变量推导了弹性杆的动力学方程,以刚性体节点坐标为变量推导了刚性体节点速度约束方程和刚性体动力学方程,最后得到弹性杆与刚性体混合系统的动力学方程和速度约束方程.本方法在同一个惯性坐标系对刚柔多体系统进行描述,具有方法简洁、便于计算建模的特点.论文最后给出两个数值算例,检验了方法的有效性.