一种基于变恢复系数的接触碰撞力模型
发布时间：2021-02-07 06:23
为了有效描述机械系统中的接触-碰撞现象,在考虑材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上,提出一种变恢复系数模型,进而建立了一种改进的、变恢复系数的接触-碰撞模型;随后,分别以轴-轴承、球-球以及平面曲柄滑块机构为例,通过大量数值模拟和实验测试,以及二者间的对比分析,对改进模型的有效性、准确性进行了验证。研究结果表明,改进的模型能够更加准确的描述间隙铰链处的接触碰撞效应,以及间隙铰链对机械系统动态特性的影响规律。
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
接触碰撞模型(b)内接触
触刚度系数，可以表示为Ki=πE*Lδn212(ΔＲ+δ())1/2(9)式中，L为碰撞体轴向长度，E*为碰撞材料的等效弹性模量，可由下式获得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分别为碰撞材料的弹性模量和泊松比。3接触碰撞分析3．1算例1:轴-轴承图2所示为轴-轴承模型，假设轴承固定，轴以0．5m/s初始速度与轴承发生碰撞;为了便于和L-N模型进行对比分析，假设L-N模型分析时恢复系数分别为0．7、0．8和0．9。图2轴-轴承接触碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel图3所示为数值模拟结果，分析可知:①在轴、轴承间接触碰撞和恢复过程，改进模型模拟结果与L-N模型恢复系数为0．9时的结果更为相似，这主要是由于L-N模型更适用于恢复系数较大的工况;②改进模型的最大变形量为5．12μm，小于L-N模型对应结果5．65μm，但改进模型最大接触力为2204．5N，大于L-N模型对应结果2038．2N，这主要是因为改进模型接触刚度在碰撞过程是非线性变化的，而L-N模型则为定值。图3数值模拟结果:变形-接触碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球图4所示为完全相同的2个钢球发生接触碰撞的单摆型实验装置，在初始状态，钢球1处于竖直静止状态，钢球2以初始角度为θ0、初始速度为0在重力作用下运动;碰撞后，两个钢球相对竖直位置的角度分别为θ1和θ2;2个钢球材料参数一致，分别为:弹性模量210GPa，泊松比0．3，屈服强度
体轴向长度，E*为碰撞材料的等效弹性模量，可由下式获得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分别为碰撞材料的弹性模量和泊松比。3接触碰撞分析3．1算例1:轴-轴承图2所示为轴-轴承模型，假设轴承固定，轴以0．5m/s初始速度与轴承发生碰撞;为了便于和L-N模型进行对比分析，假设L-N模型分析时恢复系数分别为0．7、0．8和0．9。图2轴-轴承接触碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel图3所示为数值模拟结果，分析可知:①在轴、轴承间接触碰撞和恢复过程，改进模型模拟结果与L-N模型恢复系数为0．9时的结果更为相似，这主要是由于L-N模型更适用于恢复系数较大的工况;②改进模型的最大变形量为5．12μm，小于L-N模型对应结果5．65μm，但改进模型最大接触力为2204．5N，大于L-N模型对应结果2038．2N，这主要是因为改进模型接触刚度在碰撞过程是非线性变化的，而L-N模型则为定值。图3数值模拟结果:变形-接触碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球图4所示为完全相同的2个钢球发生接触碰撞的单摆型实验装置，在初始状态，钢球1处于竖直静止状态，钢球2以初始角度为θ0、初始速度为0在重力作用下运动;碰撞后，两个钢球相对竖直位置的角度分别为θ1和θ2;2个钢球材料参数一致，分别为:弹性模量210GPa，泊松比0．3，屈服强度518．4MPa。图4球-球接触碰撞模型Fig．4Sphere-spherecontactmodel为了准确地对数值模拟结果和实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]含间隙运动副机构的动力学特性研究[J]. 王旭鹏,刘更,马尚君. 振动与冲击. 2016(07)
[2]不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响[J]. 郝雪清,陈江义. 振动与冲击. 2012(12)
[3]考虑运动副间隙的机构动态特性研究[J]. 白争锋,赵阳,赵志刚. 振动与冲击. 2011(11)
[4]基于恢复系数的碰撞过程模型分析[J]. 秦志英,陆启韶. 动力学与控制学报. 2006(04)
本文编号：3021810
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
接触碰撞模型(b)内接触
触刚度系数，可以表示为Ki=πE*Lδn212(ΔＲ+δ())1/2(9)式中，L为碰撞体轴向长度，E*为碰撞材料的等效弹性模量，可由下式获得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分别为碰撞材料的弹性模量和泊松比。3接触碰撞分析3．1算例1:轴-轴承图2所示为轴-轴承模型，假设轴承固定，轴以0．5m/s初始速度与轴承发生碰撞;为了便于和L-N模型进行对比分析，假设L-N模型分析时恢复系数分别为0．7、0．8和0．9。图2轴-轴承接触碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel图3所示为数值模拟结果，分析可知:①在轴、轴承间接触碰撞和恢复过程，改进模型模拟结果与L-N模型恢复系数为0．9时的结果更为相似，这主要是由于L-N模型更适用于恢复系数较大的工况;②改进模型的最大变形量为5．12μm，小于L-N模型对应结果5．65μm，但改进模型最大接触力为2204．5N，大于L-N模型对应结果2038．2N，这主要是因为改进模型接触刚度在碰撞过程是非线性变化的，而L-N模型则为定值。图3数值模拟结果:变形-接触碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球图4所示为完全相同的2个钢球发生接触碰撞的单摆型实验装置，在初始状态，钢球1处于竖直静止状态，钢球2以初始角度为θ0、初始速度为0在重力作用下运动;碰撞后，两个钢球相对竖直位置的角度分别为θ1和θ2;2个钢球材料参数一致，分别为:弹性模量210GPa，泊松比0．3，屈服强度
体轴向长度，E*为碰撞材料的等效弹性模量，可由下式获得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分别为碰撞材料的弹性模量和泊松比。3接触碰撞分析3．1算例1:轴-轴承图2所示为轴-轴承模型，假设轴承固定，轴以0．5m/s初始速度与轴承发生碰撞;为了便于和L-N模型进行对比分析，假设L-N模型分析时恢复系数分别为0．7、0．8和0．9。图2轴-轴承接触碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel图3所示为数值模拟结果，分析可知:①在轴、轴承间接触碰撞和恢复过程，改进模型模拟结果与L-N模型恢复系数为0．9时的结果更为相似，这主要是由于L-N模型更适用于恢复系数较大的工况;②改进模型的最大变形量为5．12μm，小于L-N模型对应结果5．65μm，但改进模型最大接触力为2204．5N，大于L-N模型对应结果2038．2N，这主要是因为改进模型接触刚度在碰撞过程是非线性变化的，而L-N模型则为定值。图3数值模拟结果:变形-接触碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球图4所示为完全相同的2个钢球发生接触碰撞的单摆型实验装置，在初始状态，钢球1处于竖直静止状态，钢球2以初始角度为θ0、初始速度为0在重力作用下运动;碰撞后，两个钢球相对竖直位置的角度分别为θ1和θ2;2个钢球材料参数一致，分别为:弹性模量210GPa，泊松比0．3，屈服强度518．4MPa。图4球-球接触碰撞模型Fig．4Sphere-spherecontactmodel为了准确地对数值模拟结果和实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]含间隙运动副机构的动力学特性研究[J]. 王旭鹏,刘更,马尚君. 振动与冲击. 2016(07)
[2]不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响[J]. 郝雪清,陈江义. 振动与冲击. 2012(12)
[3]考虑运动副间隙的机构动态特性研究[J]. 白争锋,赵阳,赵志刚. 振动与冲击. 2011(11)
[4]基于恢复系数的碰撞过程模型分析[J]. 秦志英,陆启韶. 动力学与控制学报. 2006(04)
本文编号：3021810
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