基于绝对节点坐标列式的新单元构建与动力学建模研究

发布时间：2021-01-31 06:44

　　随着高速化、轻质化及精密化机械系统的发展,基于小变形假设的传统柔性多体系统动力学建模及分析方法,其无法精确考虑大范围运动与大幅度变形的相互耦合,缺点日渐凸显。绝对节点坐标列式（ANCF,Absolute Nodal Coordinate Formulation）运动学描述基于绝对坐标系,采用节点绝对位置的梯度向量而非无限小转角表征旋转,对系统构件变形无幅度大小的要求,导出的质量阵为常阵,所得系统动力学方程具有非增量形式、无科氏及离心加速度项等优势,在分析大转动大变形动力学问题时,具有先天优势。同时,梯度坐标的采用使其能够描述复杂的几何构型,且ANCF单元几何描述方式与计算机辅助设计软件中广泛应用的非均匀有理B样条方法兼容,故ANCF方法的出现促进了计算机辅助设计（CAD,Computer Aided Design）与计算机辅助分析（CAA,Computer Aided Analysis）系统的整合,避免了传统有限元分析前,几何模型向有限元模型的繁琐转换,规避了转换过程引入的误差。基于上述优点,ANCF自提出以来,即成为多柔体系统动力学领域的热门方向。相比于传统有限元,ANCF单元类型库... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

ANCF方法在CAD与CAA系统整合的应用Fig.1-1ApplicationoftheANCFintheintegrationofCADandCAAsystem

CAD 系统几何描述方法的兼容性，进一步结合三维扫描几何重构技术，展示了从物理模型到 CAA 有限元模型的自动建模方法。工程实际中，一个完整的结构分析优化过程如图1-3所示，物理模型经三维扫描，几何重构得到CAD模型；采用基于 ANCF 有限元的 I-CAD-A，几何模型与有限元模型可双向转换，由此得到力学 CAA 模型；根据力学分析结果对构件结构参数进行优化调整，指导

哈尔滨工业大学工学博士学位论文1 2 31 2 31 1 1 1x x x xy y y y (2-5其中， 2 3 3 2 3 1 1 3 1 2 2 1A / 2 = x y x y x y x y x y x y 2 V 为三角形 ABC的 面 积 ， 其 余 各 中 间 量 为 12 3 3 2A x y x y2， 23 1 1 3A x y x y2， 31 2 2 1A x y x y2，, ,, , 1,2,3i j i j i j i ja x x b y y i j i j。由式(2-5)易知，面积坐标即为传统有限元中，常应变三角形单元的形函数。如图 2-2 所示，无量纲面积坐标范围为 0 到 1，面积坐标线与对应边垂直，相应地，面积坐标梯度方向即为对应面积坐标线的方向。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多柔体系统动力学研究进展与挑战[J]. 田强,刘铖,李培,胡海岩.  动力学与控制学报. 2017(05)
[2]柔性多体系统动力学绝对节点坐标方法研究进展[J]. 田强,张云清,陈立平,覃刚.  力学进展. 2010(02)
[3]一类刚柔耦合系统的动力刚化分析[J]. 章定国,朱志远.  南京理工大学学报(自然科学版). 2006(01)
[4]刚柔耦合系统动力学建模新方法[J]. 王建明,洪嘉振,刘又午.  振动工程学报. 2003(02)
[5]柔性多体系统刚-柔耦合动力学[J]. 洪嘉振,蒋丽忠.  力学进展. 2000(01)
[6]带约束多体系统动力学方程的隐式算法[J]. 王琪,黄克累,陆启韶.  计算力学学报. 1999(04)
[7]带转角自由度的三角形三棱柱单元[J]. 王选民,刘光栋.  工程力学. 1999(04)
[8]柔性机械臂的动力学分析与实验研究[J]. 王树新,蒋铁英,张铁民,阎绍泽,刘又午.  中国机械工程. 1995(06)

博士论文
[1]基于绝对节点坐标方法的柔性多体系统动力学研究与应用[D]. 田强.华中科技大学 2009



本文编号：3010389