一种剪切翘曲柔性梁的碰撞特性研究

发布时间：2022-08-11 13:57

　　在新型、智能、精密机械的发展领域中,柔性多体系统的应用与传统刚性机构相比具有很大的优势。在柔性多体系统或刚柔親合多体系统的动力学计算中,关于柔性机构的碰撞特性研究变得越来越重要。本学位论文基于两种接触碰撞计算理论,以一种剪切翘曲柔性梁为载体,对刚性小球与柔性梁的碰撞特性进行了仿真研究。具体工作如下:首先,针对经典梁理论中,在任意载荷条件下梁横截面保持刚性平面的假设,提出了一种三维二节点的横截面翘曲柔性梁单元模型,推导了单元形函数,及其横截面的位移矢量差值,理论上证明了柔性梁横截面的翘曲变形。其次,以Hertz接触理论为基础,选择Hunt-Crossley连续接触力模型,建立了三维二节点翘曲柔性梁的碰撞模型,并将其代入翘曲柔性梁的动力学方程中求解,得到了碰撞过程中碰撞力随两碰撞物体相互嵌入量变化的规律、碰撞力随时间变化的曲线,以及碰撞力作用下柔性梁横截面的翘曲变形规律,并与同样条件下的低阶梁模型横截面变形进行比较。最后,采用自然坐标法和绝对节点坐标法,建立了刚性小球与柔性梁的刚-柔碰撞约束模型,仿真分析了碰撞过程中柔性梁随刚性小球运动产生的变形以及碰撞全程中的碰撞力、特定点的应变变化规律... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景意义
    1.2 柔性多体系统动力学研究现状
        1.2.1 柔性多体系统发展
        1.2.2 柔性系统动力学研究现状
    1.3 柔性碰撞动力学建模方法研究现状
        1.3.1 冲量动量法
        1.3.2 连续接触力法
        1.3.3 接触约束法
    1.4 研究技术路线
2 梁单元模型的建立
    2.1 三维二节点低阶梁单元
        2.1.1 低阶梁单元的位移矢量
        2.1.2 低阶梁单元位移场的偏导
        2.1.3 低阶梁单元截面全局位置矢量差值
    2.2 三维二节点翘曲梁单元
        2.2.1 翘曲梁单元的位移矢量
        2.2.2 翘曲梁单元位移场的偏导
        2.2.3 翘曲梁单元截面全局位置矢量差值
    2.3 本章小结
3 连续接触力法
    3.1 接触力模型的选择
    3.2 Hunt-Crossley接触力模型
    3.3 翘曲梁单元模型质量矩阵
    3.4 翘曲梁单元弹性力矩阵
    3.5 翘曲梁单元广义外力
    3.6 系统的动力学方程
        3.6.1 布尔矩阵
        3.6.2 翘曲梁动力学方程的建立
    3.7 算例仿真
    3.8 本章小结
4 典型约束模型
    4.1 刚体约束
        4.1.1 刚体广义坐标及质量矩阵
        4.1.2 广义外力
        4.1.3 固有约束方程及其雅克比矩阵
    4.2 典型约束
        4.2.1 转动关节约束
        4.2.2 刚性连接约束
    4.3 本章小结
5 碰撞约束法
    5.1 刚-柔体位移约束
    5.2 接触约束方程
    5.3 碰撞系统动力学方程
        5.3.1 点约束方程
        5.3.2 系统约束方程
    5.4 算例仿真
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑含间隙关节的漂浮基空间机械臂动力学输出特性研究[J]. 谷勇霞,张玉玲,赵杰亮,阎绍泽.  机械工程学报. 2019(03)
[2]柔顺微夹持机构理论分析与实验[J]. 余跃庆,张亚涛,张绪平,宋鹏,田东明.  农业机械学报. 2018(11)
[3]基于最大应力约束的柔顺机构拓扑优化设计[J]. 占金青,龙良明,刘敏,张宪民.  机械工程学报. 2018(23)
[4]基于两种接触模型的柔性体间多次微碰撞问题研究[J]. 王检耀,刘铸永,洪嘉振.  振动与冲击. 2018(11)
[5]双层LEMs提升机构设计与分析[J]. 邱丽芳,冷迎春,吴友炜.  华中科技大学学报(自然科学版). 2018(04)
[6]多体动力学与航天动力学及其控制进展[J]. 王天舒,刘才山.  动力学与控制学报. 2018(02)
[7]考虑摩擦的柔性多体系统斜碰撞理论与实验研究[J]. 陈鹏,刘锦阳,洪嘉振.  振动与冲击. 2018(01)
[8]柔性多体系统含摩擦碰撞stick-slip过程动力学仿真[J]. 钱震杰,章定国,金诚谦.  振动与冲击. 2017(23)
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[10]多体系统动力学中关节效应模型的研究进展[J]. 王庚祥,刘宏昭.  力学学报. 2015(01)



本文编号：3674785