基于ANCF的柔索动力学建模与自适应计算研究

发布时间：2021-03-14 21:53

　　柔索在空间中有着广泛的应用,具有重量轻、阻尼小等特征,容易受到外界环境的扰动而产生振动,其动力学特性对空间任务安全有效的执行有着重要影响,因此对柔索高效高精度动力学建模与计算提出了迫切需求。相比有限段、集中质量等传统离散化建模方法,绝对节点坐标方法（ANCF）在处理柔索大变形问题时具有较大优势,但现有绝对节点坐标柔索单元存在应变耦合问题,且没有充分考虑柔索内部的非线性力学特性,另外,柔索模型精度除了与单元自身精度有关,还与单元的分布情况有关,单元划分不合理不仅会影响计算精度,还会造成计算效率的损失。针对上述问题,本文基于绝对节点坐标方法开展柔索动力学建模与自适应计算研究,以提高柔索动力学计算精度和效率。基于连续介质力学理论,推导了三维二节点ANCF柔索单元模型,给出了柔索单元质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵、广义力及其雅克比矩阵的具体表达式,在此基础上建立柔索系统动力学方程,给出数值求解算法,并对模型进行仿真验证,为柔索静力学和动力学分析奠定理论基础。对ANCF柔索单元的应变进行分析,发现由于轴向应变和弯曲应变存在相同的依赖项,单元应变存在相互耦合的问题,导致单元刚度大于理论值,从而影响模... 

【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】：129 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

空间机械臂及其捕获机构Fig.1–1Spacemanipulatoranditscapturingmechanism

电帆概念图

空间绳网示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]多股纤维绳芯钢丝绳应力及变形分布研究[J]. 张敏,寇子明.  煤炭技术. 2016(01)
[2]空间绳网系统展开动力学特性分析[J]. 刘海涛,张青斌,杨乐平,朱彦伟.  国防科技大学学报. 2015(03)
[3]弯曲钢丝绳股内钢丝应力应变数值模拟[J]. 吴娟,寇子明,刘玉辉,吴国雄.  煤炭学报. 2015(06)
[4]Numerical simulation of deepwater deployment for offshore structures with deploying cables[J]. 胡小舟,刘少军.  Journal of Central South University. 2015(03)
[5]空间大型末端执行器绳索捕获动力学建模与仿真[J]. 潘冬,张越,魏承,赵阳.  振动与冲击. 2015(01)
[6]独立钢丝绳芯钢丝绳应力及变形分布[J]. 吴娟,寇子明,刘玉辉,吴国雄.  煤炭学报. 2014(11)
[7]空间大型末端执行器捕获动力学与实验研究[J]. 潘冬,魏承,田浩,张越,赵阳.  宇航学报. 2014(10)
[8]空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析[J]. 丰飞,刘伊威,刘宏,蔡鹤皋.  机械传动. 2014(03)
[9]空间大型末端执行器柔性钢丝绳的建模与捕获动力学[J]. 谭益松,刘伊威,刘宏,介党阳,蔡鹤皋.  机器人. 2011(02)
[10]钢丝绳股内钢丝的载荷分布[J]. 马军,葛世荣,张德坤.  机械工程学报. 2009(04)

博士论文
[1]空间柔性机械臂动力学建模分析及在轨抓捕控制[D]. 潘冬.哈尔滨工业大学 2014
[2]一维移动介质的多体动力学建模方法研究[D]. 洪迪峰.清华大学 2011
[3]空间绳网系统设计与动力学研究[D]. 陈钦.国防科学技术大学 2010
[4]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

硕士论文
[1]大变形柔性多体系统高效数值计算方法研究[D]. 过佳雯.哈尔滨工业大学 2016
[2]空间绳网捕获过程碰撞动力学研究[D]. 张江.哈尔滨工业大学 2015
[3]UHMWPE纤维绳索的编织工艺和力学性能研究[D]. 周鲁豫.青岛大学 2013
[4]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



本文编号：3083017