基于绝对节点坐标法的压电驱动复合结构动力学特性分析
发布时间：2021-06-10 11:19
软体机器人由于其动作灵活、形态多变和适用性强等特征,已成为目前机器人发展的研究热点。应用于软体机器人的驱动主要采用复合结构,通过强度较大的驱动材料和柔性介质材料进行耦合,从而形成软硬结合的复合柔性结构。该结构具有的大变形特征使得传统的有限元建模方法难以对其运动和变形进行精确描述;同时考虑压电驱动器的存在,多单元耦合也给复合柔性结构的建模带来一定的难度。因此,建立精确的大柔性复合结构动力学模型对其运动控制及动力学特性分析具有重要意义。本文基于绝对节点坐标法和单元变形协调条件,考虑结构的几何非线性及材料非线性特征,建立了具有高阶几何连续性的复合柔性结构动力学模型;引入压电材料驱动器,研究在压电驱动作用下不同参数及驱动分布方式对复合柔性结构静力学和动力学特性的影响规律。研究结果为柔性驱动机构的运动控制及驱动设计提供指导,对提高其运动精度有着重要意义。主要研究内容包括以下几个部分:（1）基于绝对节点坐标法的复合柔性结构动力学建模基于绝对节点坐标法和单元接触界面的变形协调条件,建立了具有C1连续性的大柔性梁板耦合单元模型;基于连续介质力学理论,将Mooney-Rivlin超...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 软体机器人柔性驱动结构建模研究
1.2.2 绝对节点坐标建模方法
1.2.3 超弹性材料本构模型的研究及应用
1.2.4 压电材料驱动器研究及应用
1.2.5 复合结构动力学建模研究
1.3 本文研究内容
第二章 基于绝对节点坐标法的压电驱动复合结构建模
2.1 ANCF柔性单元模型
2.1.1 三维四节点板单元变形描述
2.1.2 三维两节点梁单元变形描述
2.2 梁板耦合单元模型
2.2.1 梁板单元接触界面变形协调条件
2.2.2 梁板单元节点坐标转换矩阵
2.3 柔性单元刚度矩阵
2.3.1 单元应变与应力
2.3.2 单元广义弹性力及刚度矩阵
2.4 基于Mooney-Rivlin超弹性模型的单元广义弹性力
2.5 基于压电材料本构方程的广义弹性力及电场作用力
2.6 压电驱动复合结构动力学方程
2.6.1 复合结构单元质量矩阵
2.6.2 复合结构单元动力学方程
2.6.3 多单元系统动力学方程
2.7 本章小结
第三章 不同参数下压电驱动复合结构动力学特性研究
3.1 压电驱动下复合结构静力学特性
3.1.1 不同电压参数对复合结构静力学特性影响
3.1.2 不同材料参数对复合结构静力学特性影响
3.2 不同电压参数下复合结构动力学特性研究
3.2.1 不同电压参数对复合板结构末端振动规律的影响
3.2.2 不同电压参数对复合板结构末端形态的影响
3.3 不同材料参数下复合结构动力学特性研究
3.3.1 不同材料参数对复合板结构末端振动规律的影响
3.3.2 不同材料参数对复合板结构末端形态的影响
3.4 不同能量补偿系数下超弹性复合板结构动力学特性研究
3.4.1 不同能量补偿系数对超弹性复合板结构末端振动规律的影响
3.4.2 不同能量补偿系数对超弹性复合板结构末端形态的影响
3.5 本章小结
第四章 压电驱动分布方式对复合结构动力学特性影响研究
4.1 双压电驱动梁复合结构模型
4.1.1 含双压电驱动梁的复合结构建模
4.1.2 双压电驱动梁复合结构动力学方程
4.2 不同驱动梁分布方式下Hookean线弹性板动力学特性
4.2.1 驱动分布方式对复合板结构动力学特性的影响
4.2.2 双驱动与单驱动复合板结构动力学特性对比分析
4.3 不同驱动梁分布方式下M-R超弹性板动力学特性
4.3.1 驱动分布方式对复合板结构动力学特性的影响
4.3.2 双驱动与单驱动复合板结构动力学特性对比分析
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 主要研究结论
5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
[2]基于绝对节点坐标法的变截面梁动力学建模与运动变形分析[J]. 赵春璋,余海东,王皓,赵勇. 机械工程学报. 2014(17)
[3]SMA柔性扭转驱动器的结构设计与优化研究[J]. 邹秀清,董二宝,张世武,许旻,杨杰. 中国机械工程. 2012(13)
[4]压电材料的研究和应用现状[J]. 裴先茹,高海荣. 安徽化工. 2010(03)
[5]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)
[6]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[7]加筋板结构静态性能分析及优化设计[J]. 江玮,郁鼎文,冯平法. 机械设计与制造. 2008(02)
[8]高应变率下硅橡胶的本构行为研究[J]. 林玉亮,卢芳云,卢力. 高压物理学报. 2007(03)
[9]橡胶材料的本构模型[J]. 朱艳峰,刘锋,黄小清,李丽娟. 橡胶工业. 2006(02)
[10]大变形柔性梁系统的绝对坐标方法[J]. 李彬,刘锦阳. 上海交通大学学报. 2005(05)
博士论文
[1]曲梁和板壳结构多体系统刚—柔耦合动力学研究[D]. 潘科琪.上海交通大学 2012
[2]仿生墨鱼机器人及其关键技术研究[D]. 王扬威.哈尔滨工业大学 2011
[3]功能梯度压电智能梁的特性分析及其应用[D]. 向宏军.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]基于有限元法的压电换能器的仿真与结构设计[D]. 张智.吉林大学 2012
[2]轿车白车身焊接生产线设计及虚拟设计技术应用研究[D]. 董万.电子科技大学 2008
[3]压电陶瓷（PZT）特性的分析及实验测试[D]. 刘欣.昆明理工大学 2007
本文编号：3222280
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 软体机器人柔性驱动结构建模研究
1.2.2 绝对节点坐标建模方法
1.2.3 超弹性材料本构模型的研究及应用
1.2.4 压电材料驱动器研究及应用
1.2.5 复合结构动力学建模研究
1.3 本文研究内容
第二章 基于绝对节点坐标法的压电驱动复合结构建模
2.1 ANCF柔性单元模型
2.1.1 三维四节点板单元变形描述
2.1.2 三维两节点梁单元变形描述
2.2 梁板耦合单元模型
2.2.1 梁板单元接触界面变形协调条件
2.2.2 梁板单元节点坐标转换矩阵
2.3 柔性单元刚度矩阵
2.3.1 单元应变与应力
2.3.2 单元广义弹性力及刚度矩阵
2.4 基于Mooney-Rivlin超弹性模型的单元广义弹性力
2.5 基于压电材料本构方程的广义弹性力及电场作用力
2.6 压电驱动复合结构动力学方程
2.6.1 复合结构单元质量矩阵
2.6.2 复合结构单元动力学方程
2.6.3 多单元系统动力学方程
2.7 本章小结
第三章 不同参数下压电驱动复合结构动力学特性研究
3.1 压电驱动下复合结构静力学特性
3.1.1 不同电压参数对复合结构静力学特性影响
3.1.2 不同材料参数对复合结构静力学特性影响
3.2 不同电压参数下复合结构动力学特性研究
3.2.1 不同电压参数对复合板结构末端振动规律的影响
3.2.2 不同电压参数对复合板结构末端形态的影响
3.3 不同材料参数下复合结构动力学特性研究
3.3.1 不同材料参数对复合板结构末端振动规律的影响
3.3.2 不同材料参数对复合板结构末端形态的影响
3.4 不同能量补偿系数下超弹性复合板结构动力学特性研究
3.4.1 不同能量补偿系数对超弹性复合板结构末端振动规律的影响
3.4.2 不同能量补偿系数对超弹性复合板结构末端形态的影响
3.5 本章小结
第四章 压电驱动分布方式对复合结构动力学特性影响研究
4.1 双压电驱动梁复合结构模型
4.1.1 含双压电驱动梁的复合结构建模
4.1.2 双压电驱动梁复合结构动力学方程
4.2 不同驱动梁分布方式下Hookean线弹性板动力学特性
4.2.1 驱动分布方式对复合板结构动力学特性的影响
4.2.2 双驱动与单驱动复合板结构动力学特性对比分析
4.3 不同驱动梁分布方式下M-R超弹性板动力学特性
4.3.1 驱动分布方式对复合板结构动力学特性的影响
4.3.2 双驱动与单驱动复合板结构动力学特性对比分析
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 主要研究结论
5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
[2]基于绝对节点坐标法的变截面梁动力学建模与运动变形分析[J]. 赵春璋,余海东,王皓,赵勇. 机械工程学报. 2014(17)
[3]SMA柔性扭转驱动器的结构设计与优化研究[J]. 邹秀清,董二宝,张世武,许旻,杨杰. 中国机械工程. 2012(13)
[4]压电材料的研究和应用现状[J]. 裴先茹,高海荣. 安徽化工. 2010(03)
[5]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)
[6]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[7]加筋板结构静态性能分析及优化设计[J]. 江玮,郁鼎文,冯平法. 机械设计与制造. 2008(02)
[8]高应变率下硅橡胶的本构行为研究[J]. 林玉亮,卢芳云,卢力. 高压物理学报. 2007(03)
[9]橡胶材料的本构模型[J]. 朱艳峰,刘锋,黄小清,李丽娟. 橡胶工业. 2006(02)
[10]大变形柔性梁系统的绝对坐标方法[J]. 李彬,刘锦阳. 上海交通大学学报. 2005(05)
博士论文
[1]曲梁和板壳结构多体系统刚—柔耦合动力学研究[D]. 潘科琪.上海交通大学 2012
[2]仿生墨鱼机器人及其关键技术研究[D]. 王扬威.哈尔滨工业大学 2011
[3]功能梯度压电智能梁的特性分析及其应用[D]. 向宏军.北京交通大学 2007
硕士论文
[1]基于有限元法的压电换能器的仿真与结构设计[D]. 张智.吉林大学 2012
[2]轿车白车身焊接生产线设计及虚拟设计技术应用研究[D]. 董万.电子科技大学 2008
[3]压电陶瓷（PZT）特性的分析及实验测试[D]. 刘欣.昆明理工大学 2007
本文编号：3222280
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3222280.html
