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分析多体动力学在机械工程领域的应用.doc.doc 全文免费在线阅读

发布时间:2016-10-17 17:53

  本文关键词:多体动力学在机械工程领域的应用,由笔耕文化传播整理发布。


网友ohghkyj834近日为您收集整理了关于分析多体动力学在机械工程领域的应用.doc的文档,,希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍:分析多体动力学在机械工程领域的应用【摘要】伴随科学技术的不断发展,机械工程也随之得到了广泛的发展。当前机械工程领域中将多体动力学作为了研究的重点内容,同时也研究的难点内容。多体动力学能够为机械航空领域、机器人领域以及兵器领域提供有利的理论工具以及技术支撑。在机械工程领域,应当加大对多体动力学的研究,旨在机械工程领域能够得到更好的发展,为人们创造更大的价值。【关键词】多体动力学,机械工程,航天器,机器人多体力学是一门综合性质的学科,这门学科中包含了计算力学与工程力学等很多学科,是推动机械工程产业的重要支撑学科之一。一般机械系统能够通过多体系统获得较为全面的以及完整抽象的有效描述与高度概括,在对机械系统进行研究与分析时,是一个最优模型形式。在当前先进的航空航天也、技术制造也以及人体与假肢等高科技领域中,多体系统这门高新学科得到了广泛的推动与发展。在机械工程领域,多体力学有着十分重要的作用,并且逐渐的也引起了人们的重视。一、对多体力学进行模型构建机械多体系统是由很多不同的部件进行连接进而构建而成的,机械装置中的每个部件都会在机械设备进行运作时发生位移、更改速度以及其它方面的作用力参数。在对多体力学系统实施建模的过程中,一般需要构建出系统中的坐标系、构建系统中各个部件的模型并且还要对一些相关的约束以及力偶进行定义。在对多体动力学进行研究的过程中,最为主要的两个方向就是动力学与运动学。同经典力学相比较而言,使用多体力学来研究出的系统一般都会较为复杂,同时每个部件在自由度方面都会存在着不同程度的区别,并且各个部件在相对位移上也会发生很大的变化。故此,建立与求解运动微分方程的过程都是十分复杂的,并且想要准确的对运动方程进行求解还需要计算机技术辅助。(一)多体动力学模型在表述上的分析。机械系统中的基础构件就是多体动力学中的各个部件,这些部件会承受来自于系统内外其他部件施加的约束作用,在对多体动力学进行机械设备模型的构建时,就会涉及到对各个部件的定义。力元:就是指多体力学环境中各个部件之间的相互作用。理想的力元可以等效成弹簧(扭转弹簧)或-阻尼器-致动器。铰:是机械设备中的运动副,会在实际应用的过程中,称多体力学中每个部件之间产生的约束叫做铰。外力偶:是多体系统内部的各个部件所承受的外力作用。拓扑结构:系统以及系统内部中的所有构件间存在相互关系以及链接的方式。(二)模型和模型元素。以上描述的部件、力元以及约束等各种要素构成的这种拓扑结构系统都涵盖在多体动力学系统中动力学模型内。针对机械设备而言,在机械设备中的力元、铰、力偶以及部件等这些要素有着很多的种类。故此,想要方便对机械件各个要素进行更好地管理,可以将其按照不同的属性归类处理,一般可以划分成约束模型约束、分析力模型元素、力模型约束以及部件模型约束。(三)参考框架与坐标系。我们称机械运动中能够在两者之间永久保持不变距离的物理为刚体。任一选择刚体上的一点A构建出一个空间三角坐标系将刚体固定住,并且将A点视为该坐标系中的原点,这个坐标系对于刚体而言是连体基,也可以将其称作是局部坐标系。连体基需要全部固定与机械的部件上,一旦部件发生运动,连体基就相应的随之运动,并且连体基也不会由于刚体发生了运动状态的变化就随之发生变化。这样说来,只要是连体基的位置确定了,也就能够对刚体中任意一点的位置进行确定了。通常用地面坐标系作为连体基的参考对象,地面坐标系可以看成是全局坐标中的一个固定值。刚体与柔体在多体系统中的坐标定义是存在一定差异的,在对刚体坐标进行定义时,可以选择固定的坐标定义,这样一来,当刚体在状态上发生变化时,其坐标不会跟着发生变化。在对柔体进行定义时,需要选择浮动的坐标进行定义,这样一来柔性性的变化就会使坐标系发生线与角的位移,还能将柔体在局部发生的变化清晰的表现出来。二、机械领域中对多体力学的实际应用(一)柔性机械臂实施振动控制。作为一种精度较高的航天技术设备,轻质重载航天机械臂在端点处需要完成高精度大范围的位置跟踪任务,故此,需要对该机械臂在振动情况上实施必要的控制。对于那些需要在很大范围内进行运行的柔性臂,想要对其端点的振动进行关键性的抑制需要选择一个恰当的时间并在设备的端头出施加一个制动力。应当注意的是,这个时间点同柔性臂固有频率与固有阻尼之间存在着密切的关联。此外,想要实施有效的控制,还需要对伺服系统在动态特征上进行周全的考虑。相关研究发现,最佳的效果就是实施柔性臂端点变形进而实现全闭环反馈,可以令机械臂的振幅控制在一定数量级内。(二)工业机器人中的应用。多体动力学中,工业机器人是十分经典的模型,其构成为一个分支、六个自由度,由铰对各个部件进行衔接。以PUMA760这一常用的机器人为例进行分析,从时间域以及频率域进行考虑,使用高速摄像仪对设备的一些相关的运动参数进行测量,并且将获得的电枢电流值向驱动转矩进行转化,大臂值为7.1N?m/A。把已经拟合好的模态参数向物理参数进行转化,能够对工业机器人在当前的阻尼系数还有刚度系数进行识别。对于机器人在关节上的特性研究来说,多体力学的应用是十分有意义的。结束语:综上所述,多体动力学能够为机械航空领域、机器人领域以及兵器领域提供有利的理论工具以及技术支撑。一般机械系统能够通过多体系统获得较为全面的以及完整抽象的有效描述与高度概括,在对机械系统进行研究与分析时,是一个最优模型形式。对于多体力学在机械工程方面的研究,我们应该投入更大的精力,进而使机械工程能够得到更好的发展,最终为人们提供更加便捷的服务。参考文献:[1]产文兵.球轴承―齿轮系统多体动力学建模与仿真分析[D].昆明理工大学,2014.[2]吴春峰.机械工程中的多体系统动力学问题研究[J].中华民居(下旬刊),2014,02:171-174.[3]田富洋.在轨服务空间机器人机械多体系统动力学高效率建模研究[D].南京航空航天大学,2009.[4]许春雷.动力总成悬置系统多体动力学仿真研究[D].北京林业大学,2013,03:142-143.

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