刘正恒[1]2003年在《机械系统碰撞动力学响应的计算机仿真研究》文中指出在机械系统的碰撞中，人们关心的问题主要有两类。一是运动学分析，归结为求解线性与非线性代数方程。二是讨论载荷与系统运动的关系，即动力学问题。随着问题研究的不断深入，研究复杂机械系统碰撞过程中多体系统的动力学响应变得越来越重要。本文研究了汽车-高速公路混凝土护栏碰撞系统，分析碰撞过程中汽车和乘员的动力学响应特性，并进行汽车和护栏防护性改进研究。 首先对机械系统碰撞动力学研究领域的有关进展进行文献研究，然后通过分析高速公路上汽车-护栏碰撞事故的有关数据，讨论了研究汽车-护栏碰撞的重要性。 在总结汽车-护栏碰撞国内外研究情况的基础上，本文基于计算机仿真技术，采用多刚体动力学仿真软件MADYMO建立了汽车-混凝土护栏碰撞的仿真模型。通过改变不同的仿真参数(碰撞条件)，研究碰撞中汽车的动态响应和乘员的生物力学响应特性。将所建立的仿真模型与文献资料提供的试验数据进行了对比分析，验证了模型的可靠性。 从混凝土护栏的材料、结构形式、施工方法等方面进行了护栏防护性改进分析，提出通过改进材料来提高护栏的防护性，降低护栏的刚度，讨论了护栏截面上、下斜面交叉点的高度对车辆碰撞后倾翻可能性的影响。 从汽车安全法规、汽车主被动安全方面对汽车的安全性能改进进行了分析，着重分析了汽车保险杠和座椅的安全特性。 最后，本文在总结了轿车与高速公路护栏碰撞中轿车和乘员动态特性及护栏防护特性的基础上，提出了当前研究所遇到的若干问题和解决方案，并展望了进一步的研究目标。
华卫江[2]2005年在《柔性机器人碰撞动力学建模及其仿真》文中研究表明随着新一代机器人正向着高速化、精密化和轻型化和大跨度的方向发展,机器人的协调操作等问题日益显现。目前,柔性机器人系统碰撞动力学越来越受到重视,已经成为机器人学和多柔体系统动力学研究的热点之一。本文在当前国内外学者研究的基础上,对柔性机器人系统的碰撞动力学进行了进一步探索。其中,柔性机器人的运动学以4×4阶齐次变换矩阵为基础建立在相对坐标系中。运用模态假设法处理杆件柔性变形,通过引入冲量势的概念,推导出了由n杆组成的柔性机器人系统受外冲击的Lagrange动力学方程。机器人工作时与之发生碰撞的操作对象可能是运动或静止的物体、环境、甚至是与之协调操作的机器人。本文考虑碰撞最复杂的情况,将碰撞的对象视为另一机器人,在机器人受外冲击动力学方程的基础上结合系统的碰撞恢复系数方程,分别推导得到了单臂柔性双机器人系统相互碰撞时的动力学方程和多臂柔性双机器人系统相互碰撞时的动力学方程。所得方程中广义冲量与广义速度突变之间是解耦的,适于计算机程式化计算。并通过算例分析了柔性对机器人碰撞的影响和柔性机器人系统碰撞后的动力学响应。本文所做的工作对机器人动力学和机器人控制有一定的参考价值。
张云波[3]2007年在《多体动力学接触与碰撞建模研究》文中研究表明多体动力学系统的接触、碰撞建模问题在许多工程技术领域既十分重要又难以求解,接触过程的描述一直以来是一个棘手的问题,到目前为止还没有可以一个通用模型,很多时候都是基于经验和试验来进行建模。对于接触、碰撞问题只有解决其建模和计算,才能在许多情况下模拟其真实过程,达到改进设计、减少费用、降低噪声的目的。本文研究课题来源于国家十五科技攻关计划重点项目(2004BA201A85)“汽车设计制造CAE关键技术开发与应用”。本文研究的目的在于通过机械多体系统的建模分析方法、接触动力学、碰撞理论,建立多体动力学仿真分析模型以及重要部件的接触与碰撞模型,运用面向对象的程序设计方法,实现在多体动力学仿真平台InteDyna上的接触、碰撞模块开发。首先,本文系统介绍了多体动力学及接触动力学的一般理论,探讨了建模理论和求解算法。针对多体动力学的接触与碰撞仿真,研究了刚柔多体系统动力学的建模理论和动力学微分方程数值算法。特别是针对复杂机械系统中涉及到的接触、碰撞这类非线性,非完整约束问题,在研究建模理论和方程求解算法的基础上,提出接触与碰撞的仿真策略,以此为基础展开接触、碰撞算法的研究及分析仿真模块的开发。其次,将接触、碰撞动力学建模的一般过程进行分解,分析了多体动力学中的基本模型元素以及模型元素之间内在的拓扑关系,并运用面向对象的方法进行抽象,实现了接触、碰撞模型元素的逻辑类及其体系结构。基于上述研究,在ACIS几何造型平台的基础上,利用其历史流机制、文件管理和几何表示功能,开发出接触、碰撞动力学建模组件。同时,将该模块集成到复杂机械系统仿真建模平台InteDyna中,并利用该平台对某型硫化机进行了动力学建模分析,取得了较好的仿真效果。
韩瑞国[4]2007年在《柔性机器人碰撞动力学效应研究》文中认为柔性机器人接触碰撞动力学本质上是一种非定常、变拓扑、非线性的动力学过程，建立合理的接触-碰撞模型是解决柔性机器人碰撞动力学问题的关键。为正确估计由于碰撞引起柔性机器人系统动力学特性的变化，本文针对机器人工作时与其工作环境发生碰撞的情形，在柔性多体系统动力学建模理论的基础上，研究柔性机器人的碰撞动力学效应。在此所研究的系统是由n根柔性的或者刚-柔混合的长细杆，通过转动铰连接起来的链式机器人系统。柔性机器人的运动以4×4阶齐次变换矩阵为基础建立相对坐标系来表述，运用假设模态法处理杆件变形。为了研究接触碰撞过程中系统的动力学行为，采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型，运用拉格朗日动力学方程推导得到n杆柔性机器人含碰撞的动力学方程。推导得到的动力学方程中的速度是连续的，方程可直接进行求解。再编制仿真程序，使用的数值算法保证了计算结果的合理性。通过数个典型算例仿真分析了结构柔性对柔性机器人动力学特性的影响和碰撞过程中柔性机器人系统的动力学响应，验证了本文所提出理论与算法的有效性。
乔维高[5]2005年在《摩托车自行车行人碰撞事故形态分析及行人伤害保护的研究》文中研究指明摩托车、自行车、行人与汽车碰撞的研究是目前国内外极为关注的新颖课题。而在我国,摩托车、自行车、行人与汽车碰撞事故的伤亡人数远大于车内乘员伤亡人数,因而在我国开展摩托车、自行车、行人碰撞事故的形态分析及人员伤害保护的研究尤为重要。本文针对我国交通事故的实际特点,对摩托车、自行车、行人碰撞的事故形态和人员伤害保护进行了分析和研究。 论文通过对碰撞事故损伤流行病学、碰撞生物力学等问题进行了讨论和分析,较系统地研究了摩托车、自行车、行人碰撞主要事故形态的运动学特性、流行病学分布规律和人员伤害的机理等问题。论文中对摩托车、自行车、行人碰撞事故从运动状态、碰撞过程、碰撞速度等方面进行了运动学分析,得出碰撞过程中人员的运动学特性和伤害原因,并以事故数据库为依据,分析了摩托车、自行车、行人碰撞事故的分布特征,得出各因素对碰撞伤害的影响规律。 论文针对行人与汽车碰撞的特点,利用多刚体力学原理和计算方法分析了碰撞过程中行人的运动状态和响应特点,建立了行人与汽车碰撞的多刚体模型,并利用建立的模型及其相互间的力学关系进行了汽车—行人碰撞的仿真试验,对仿真试验中行人伤害参数的变化进行了分析。结果表明不同的碰撞速度、不同的车辆类型和不同的车辆前部结构参数都将对行人伤害有不同的影响。根据这样的结果,可以帮助人们寻求减小行人伤害的措施和方法,从而为行人碰撞中保护措施的研究提供一定的依据。 论文基于球体与薄板撞击理论、有限元方法分别建立了头部与汽车发动机罩撞击的数学方程和有限元模型,并利用EEVC行人头部撞击器试验对所建模型进行了试验验证,结果比较吻合一致。接着利用有限元模拟方法和数学计算方法分析了发动机罩板参数的变化对行人头部伤害的影响,得出影响头部伤害的主要发动机罩板结构参数。最后根据其分析结果,提出保护行人头部的具体结构措施,从而为行人头部保护的进一步研究打下坚实的基础。
王繁生[6]2010年在《带式输送机柔性多体动力学分析方法研究》文中进行了进一步梳理论文对带式输送机柔性多体动力学分析方法进行了系统的研究,建立了基于绝对坐标有限刚体元方法的输送带动力学模型、基于连续接触力方法的输送带与滚筒动态接触碰撞动力学模型、基于边界元离散的输送带与托辊之间压陷阻力分析模型和完整的带式输送机柔性多体动力学分析模型。运用非保守系统拉格朗日第二类方程,推导了刚体元的动力学微分方程,用单向递推组集方法建立了刚柔混合多体系统的动力学方程。对经典有限刚体元法进行了改进,提出统一以系统中的刚体元为对象,建立固结在刚体元质心的坐标系,刚体元的位置由其坐标系基点的笛卡尔坐标描述,其方位由欧拉角坐标描述,引入约束方程,运用能量形式的非保守系统拉格朗日第一类方程,推导建立刚柔混合多体系统的动力学微分方程,从而形成基于绝对坐标的有限刚体元方法。提出了基于连续碰撞理论的法向接触碰撞力和基于库仑定律的切向摩擦力相结合的输送带与滚筒接触碰撞问题动力学模型,建立了带式输送机系统的多体接触动力学方程。将输送带与滚筒的接触碰撞视为非理想单面约束,利用线性规划问题互补条件建立动态接触判定条件,根据变拓扑理论将由接触碰撞引起的变拓扑动力学问题转化为包含时变接触力的不变拓扑动力学问题,从而实现了带式输送机系统变拓扑多体动力学方程的建立和求解。用线性标准固体模型微分本构方程描述输送带的粘弹性,引入付立叶级数描述输送带与托辊接触区域各点的位移和应力,求出边界元柔度矩阵,从而建立起反映接触区域边界节点位移与应力关系的边界离散方程,实现对压陷阻力的计算机仿真分析。算例表明该方法对求解带式输送机压陷阻力是十分有效的。对基于绝对坐标有限刚体元法的带式输送机叁维实体建模进行了讨论,针对建模中的难点带节长度选择问题,提出了变带节长解决方案。编制了带式输送机动力学分析软件,并通过对一台带式输送机实地测试,验证了软件动力学仿真结果,进而也证明了本文提出的带式输送机有限刚体元建模方法的正确性。通过对多种起动速度曲线的仿真,研究了起动过程对带式输送机动态性能的影响。该论文有图58幅,表4个,参考文献185篇。
李宝玉[7]2008年在《柔性机器人碰撞动力学的连续法建模及其分析》文中研究说明柔性机器人接触碰撞动力学本质上是一种非定常、变拓扑、非线性的动力学过程,建立合理的接触-碰撞模型是解决柔性机器人碰撞动力学问题的关键。本文在当前国内外学者研究的基础上,对柔性机器人系统的碰撞动力学进行了进一步探索。在此所研究的系统是由n根柔性杆,通过转动铰连接起来的链式机器人系统。柔性机器人的运动以4×4阶齐次变换矩阵为基础建立相对坐标系来表述,运用假设模态法处理杆件变形。为了研究接触碰撞过程中系统的动力学行为,采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,通过引入冲量势的概念,推导出n杆柔性机器人含碰撞的拉格朗日动力学方程。推导得到的动力学方程中的速度是连续的,方程可直接进行求解。再编制仿真程序,使用的数值算法保证了计算结果的合理性。通过数个典型算例仿真分析了模态对柔性机器人动力学特性的影响和碰撞过程中柔性机器人系统的动力学响应,验证了本文所提出理论与算法的有效性。本文所做的工作对机器人动力学和机器人控制有一定的参考价值。
王祁波[8]2011年在《考虑摩擦和间隙的轮齿冲击行为建模与分析》文中进行了进一步梳理本文根据非线性动力学的相关理论,利用定性和定量的方法对含真实时变刚度、真实静态传动误差、齿面摩擦以及齿侧间隙的齿轮传动系统的非线性动力学特性进行了研究,论文主要内容如下：1.建立了包含真实时变刚度、真实静态传动误差以及齿面摩擦等在内的齿轮扭转振动模型。假设轮齿在啮合线上匀速运动和摩擦系数为常数,推导出啮合过程中摩擦力的表达式,并考虑齿轮传动中的时变参数——啮合刚度和静态传动误差,将其代入到齿轮副扭转振动模型中,推导出了系统的动力学微分方程。2.针对所建立的齿轮非线性动力学模型分别应用解析法和数值法进行求解分析。在应用解析方法之前,利用简单的傅里叶级数表达时变刚度和静态传动误差,并应用高次多项式拟合分段非光滑的轮齿间隙函数,推导出系统分别在主共振和1/2亚谐共振情况下的幅频函数,揭示了系统的一些非线性现象,如亚谐响应,跳跃和分岔。针对真实时变参数下的离散动力学模型,应用数值法分析系统的动态响应以及参数的变化对系统动力学行为的影响,发现齿面摩擦在节点附近的局部范围引起动态传动误差和动态啮合力的突变和附加振动,齿轮的转速、负载力矩以及阻尼等参数对系统的动态响应也都具有不同程度影响。3.应用数值法对轮齿的冲击-碰撞动力学进行了探索研究。引入考虑能量损耗的非线性弹簧-阻尼接触模型,将轮齿啮合过程简化为两侧弹性碰撞的连续动力学模型,应用接触碰撞理论、非线性理论和数值方法研究了系统的稳态响应及能量损耗的频率分岔,数值结果表明系统具有非常复杂的动力学特性,随着参数的变化发生了周期分叉和擦边分叉。4.通过齿轮传动实验测得一对标准参数的直齿圆柱齿轮的动态传动误差,从原始实验数提取稳态响应的频谱特性,与理论分析得到的结果进行对比,验证了理论模型的有效性。
袁泉[9]2007年在《开合屋盖结构碰撞响应及减振分析》文中研究说明开合屋盖结构是一种崭新的结构形式,其部分或全部的屋盖是可以移动的,能在很短的时间内对可动屋盖进行开合操作,使得建筑物在开启或关闭的两个状态下都可以使用。开合屋盖结构可以使建筑物同时具有室内和室外两个使用功能,已经成为现代体育建筑的一个主要发展趋势。由于开合屋盖结构自身结构形式的特殊性,当结构沿着轨道运行时,必须对因结构碰撞而引起的冲击荷载加以特别考虑,以避免开合屋盖结构发生碰撞事故。但是由于把这些荷载准确数值化很困难,以往都采用了不同的荷载增大系数的方法予以解决,这样得到的结果并不精确。本文在总结国内外过去十几年在碰撞技术研究经验的基础上,详细阐释了开合屋盖结构碰撞及减振的原理、规律以及结构设计的方法。本论文针对采用水平开合方式的开合屋盖结构的碰撞响应和减振进行了研究。从开合屋盖结构的概念、分类和发展历史等方面对开合屋盖结构做了概述;采用基于ANSYS、LS-DYNA的两种方法建立了开合屋盖结构的碰撞模型,详细地讨论了开合屋盖结构的碰撞响应过程并且对两种方法的分析结果做了比较;以上述理论为基础,以上述开合屋盖结构模型为算例,系统研究了开合屋盖结构在不同跨度、不同厚度、不同矢跨比以及不同支承刚度等因素下的动力相互作用,得出了该类结构的碰撞响应随几何参数的变化规律,为开合屋盖结构的抗碰撞设计提供了参考;针对碰撞响应的特点,提出了粘弹性阻尼杆在开合屋盖结构中合理的布置方法和数量,算例表明该方法具有较好的减振效率,对结构设计有参考价值。
吴建华[10]2009年在《索结构碰撞动力学仿真研究》文中提出利用虚拟样机技术对带有索结构的新型装备进行设计和分析研究,可以缩短产品开发周期,降低开发成本,提高产品质量。这种设计与分析方法是目前复杂机电系统开发研究的发展趋势。论文以某自主开发的新型装备中的索结构受力模拟系统为研究对象,利用Pro/E、ANSYS和RecurDyn软件平台,围绕柔性多体系统动力学理,对索结构动态模型及索结构之间的碰撞动态特性进行了研究。论文研究工作如下:首先,基于柔性多体动力学理论,采用有限元方法对无限自由度柔性体进行离散化处理,结合虚位移原理和达朗伯原理给出了自由柔性体的动力学方程、非完整约束的约束方程以及机械约束系统的动力方程的一般形式。为索结构动力学模型及其动态仿真和索结构碰撞动力学仿真研究奠定了理论基础。然后,基于有限元单元法建立柔性多体动力学方程的理论基础,采用相对坐标法和递归算法建立索结构动力学有限元模型;研究了Beam4单元离散索结构柔性体模型的几何参数确定和对索结构多刚体模型中Bushing连接的刚性系数进行了理论分析,给出了拉伸、剪切、扭转和弯曲刚度系数的计算公式;基于多体接触理论的建模方法,将索结构之间的碰撞接触力引入到索结构动力学方程中建立了索结构碰撞动力学方程,并给出了其仿真参数计算方法。由上述两种方法建立了叁种索结构模型,将它们在自重和一端拉力作用下分别进行仿真,对它们产生的最大垂度值与理论值进行比较研究,确定了其仿真模型较准确的建模方法;采用此建模方法建立主被动绳模型应用于一个带有索结构的新型装备的虚拟样机仿真中,将Pro/E软件中建立的牵引小车叁维模型和ANSYS软件中建立的主动绳柔性模型导入到RecurDyn软件中,建立了由主动绳受力装置和被动绳受力装置组成的索结构碰撞过程仿真模型。最后,在RecurDyn软件对索结构碰撞系统进行了碰撞过程仿真研究,仿真结果直观地描述了钢丝绳碰撞接触和相对滑动过程,给出了在给定牵引力作用下钢丝绳碰撞的动态接触力,给出了牵引小车的动态响应曲线;揭示了钢丝绳接触碰撞对索结构碰撞系统动态特性的影响,对主动钢丝绳和被动钢丝绳的设计选用进行了评价。通过以上研究,论文给出了索结构一般动力学模型和碰撞动力学模型,给出了虚拟样机技术对索结构碰撞系统进行可视化技术研究的一般方法和步骤。其中采用了仿真与理论结果相比较的方法对索结构的仿真模型精度进行了研究,比较了两种建模方法建立的叁种仿真模型的精度,分析了模型的适用环境。文中根据功能相同原理,采用模型等效的方法将被动绳大卷筒等效成小卷筒,加快了仿真速度。文中给出的分析方法为索结构碰撞系统可视化动态分析奠定基础,可应用于实际工程问题分析。
参考文献：
[1]. 机械系统碰撞动力学响应的计算机仿真研究[D]. 刘正恒. 湖南大学. 2003
[2]. 柔性机器人碰撞动力学建模及其仿真[D]. 华卫江. 南京理工大学. 2005
[3]. 多体动力学接触与碰撞建模研究[D]. 张云波. 华中科技大学. 2007
[4]. 柔性机器人碰撞动力学效应研究[D]. 韩瑞国. 南京理工大学. 2007
[5]. 摩托车自行车行人碰撞事故形态分析及行人伤害保护的研究[D]. 乔维高. 武汉理工大学. 2005
[6]. 带式输送机柔性多体动力学分析方法研究[D]. 王繁生. 中国矿业大学. 2010
[7]. 柔性机器人碰撞动力学的连续法建模及其分析[D]. 李宝玉. 南京理工大学. 2008
[8]. 考虑摩擦和间隙的轮齿冲击行为建模与分析[D]. 王祁波. 中南大学. 2011
[9]. 开合屋盖结构碰撞响应及减振分析[D]. 袁泉. 天津大学. 2007
[10]. 索结构碰撞动力学仿真研究[D]. 吴建华. 叁峡大学. 2009
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