基于熵理论的含间隙机构运动复杂度的研究

发布时间：2017-06-17 04:00

  本文关键词：基于熵理论的含间隙机构运动复杂度的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铰链是机构的重要组成部分,不论是航天领域中的空间站桁架、太阳能帆板等航天机构,还是普通机械领域的土方机械甚至是小型曲柄滑块机构,都使用了铰链连接。铰链运动副副元素之间存在的间隙会影响机构的运动性能,是机械理论和工程亟待解决的关键问题。通过对间隙机构进行力学理论、仿真和实验的研究来求解间隙与机构运动性能的关系,将为实际的机械系统结构设计和运动学行为提供分析方法和理论基础。本文基于含间隙系统动力学理论,对含三维间隙系统的动力学进行了研究。系统地分析了三维间隙铰的几何特性、力学特性和间隙副副元素之间的接触碰撞模式,建立了三维间隙铰的数学模型和力学模型,分析了间隙系统的运动特性,建立了含间隙系统的动力学模型。为进一步分析间隙对系统的影响,探究间隙等参数与系统响应的关系,利用信号领域的信息熵理论,对系统响应信号进行时域、频域和时频域的特征分解,建立了能分析响应信号的奇异谱熵、功率谱熵和小波能谱熵模型,对影响间隙系统运动学的初始速度和间隙大小等因素进行了研究。根据动力学理论进行了含间隙的四杆机构的仿真,调用Fortran语言编写的间隙铰模型作为约束,加载到旋转铰上,模拟间隙碰撞的受力情况,并且对杆件进行柔性化,最终建立出含三维间隙的柔性四杆机构运动学模型。仿真研究了初始转速和间隙大小对四杆机构运动学的影响。为进一步分析运动曲线,将仿真数据导入到MATLAB中,利用奇异谱熵、功率谱熵和小波能谱熵模型进行数据处理和分析,得出转速和间隙大小与机构运动复杂度的关系。对含间隙的四杆机构进行实验研究,分析了机构的位移、速度和加速度随着激励大小和间隙大小变化的特性,定性的分析了机构的运动特性与转速和间隙的关系。对机构响应进行信息熵的计算,得到对应熵值的变化规律。将实验和仿真结果进行比较,证实了速度和间隙对机构运动复杂度的重要影响,验证了信息熵模型的可行性。
【关键词】：三维间隙 动力学模型 信息熵 运动复杂度
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.45
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 含间隙机构的研究背景10-11
• 1.2 含间隙机构建模研究现状11-12
• 1.3 含间隙机构动力学研究现状12-13
• 1.4 系统响应的信息熵分析方法13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 第2章 含间隙机构动力学模型与信息熵分析模型的建立16-38
• 2.1 间隙铰模型的建立16-22
• 2.1.1 间隙铰几何描述16-18
• 2.1.2 间隙铰数学模型18-22
• 2.2 含间隙系统动力学模型的建立22-28
• 2.2.1 法向接触力模型22-25
• 2.2.2 轴向接触力模型25
• 2.2.3 切向接触力模型25-26
• 2.2.4 间隙铰综合受力模型26-27
• 2.2.5 含间隙铰系统动力学模型27-28
• 2.3 信息熵分析模型的建立28-36
• 2.3.1 运动复杂度信息熵模型的建立28-30
• 2.3.2 奇异谱熵模型30-31
• 2.3.3 功率谱熵模型31-32
• 2.3.4 小波能谱熵模型32-33
• 2.3.5 系统运动复杂度信息熵的关联性33-35
• 2.3.6 特征空间划分的原则35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 间隙系统运动复杂度仿真与分析38-61
• 3.1 间隙系统仿真软件的选择38
• 3.2 间隙机构运动复杂度分析流程38-39
• 3.3 四杆模型的建立39-43
• 3.3.1 四杆机构杆件的柔性化40-41
• 3.3.2 间隙铰的标记与约束作用力41-43
• 3.4 三维间隙铰力学仿真模型的建立43-47
• 3.4.1 设置与ADAMS匹配的Fortran编程环境43-44
• 3.4.2 三维间隙铰程序编写的初始判断条件44-45
• 3.4.3 自定义间隙铰程序与ADAMS/View的链接45-47
• 3.5 仿真结果与分析47-55
• 3.5.1 相同间隙不同转速下仿真结果分析49-53
• 3.5.2 相同转速不同间隙的仿真结果分析53-55
• 3.6 运动复杂度的分析55-58
• 3.6.1 奇异谱熵分析56-57
• 3.6.2 功率谱熵分析57
• 3.6.3 小波能谱熵分析57-58
• 3.7 复杂度信息熵综合分析结果58-60
• 3.8 本章小结60-61
• 第4章 运动复杂度实验61-77
• 4.1 曲柄滑块实验61-63
• 4.2 转速实验分析63-69
• 4.3 间隙实验分析69-73
• 4.4 复杂度信息熵的分析73-76
• 4.4.1 转速对运动复杂度的影响73-74
• 4.4.2 间隙对运动复杂度的影响74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 结论与展望77-78
• 5.1 结论77
• 5.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-85
• 个人简介、参加的研究项目85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：457242