考虑接触区域的柔性梁-梁碰撞动力学研究

发布时间：2021-05-13 18:50

　　在操作类软体机器人工程应用背景中,出现了一类柔性梁的大区域接触碰撞问题。该类接触问题不符合现有柔性梁—梁接触模型中的刚性截面假设与接触区域单点或曲线假设。论文基于绝对节点坐标法,结合罚函数法与最小距离准则,建立了一种柔性梁—梁的面—面碰撞动力学模型,解决了柔性梁的大区域接触碰撞问题。首先,采用绝对节点坐标法中的高阶梁单元对柔性梁进行建模,释放了柔性梁的刚性截面假设,推导了高阶梁单元的质量矩阵、线弹性刚度矩阵、超弹性刚度矩阵以及广义外力;并通过算例验证了高阶梁单元捕获柔性梁截面翘曲变形的能力。其次,提出了基于柔性梁—梁表面的最小距离准则与接触区域检测算法,释放了接触区域单点或曲线假设,结合罚函数法建立了柔性梁—梁的面—面接触模型。最后,基于Hunt-Crossley接触力模型建立了柔性梁—梁的面—面碰撞动力学模型;采用该动力学模型模拟了柔性操作臂的包覆行为,并通过与ABAQUS仿真结果进行对比,验证了该模型在处理柔性梁大区域接触碰撞问题时的准确性。 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：81 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 柔性多体动力学
    1.3 接触约束与接触检测研究概况
        1.3.1 接触约束研究概况
        1.3.2 接触检测研究概况
    1.4 本文研究内容
2 绝对节点坐标法
    2.1 全参数梁单元截面矢量
    2.2 高阶梁单元截面矢量
    2.3 梁截面的表达
    2.4 高阶梁单元质量矩阵
    2.5 弹性力推导
        2.5.1 变形梯度
        2.5.2 线弹性本构
        2.5.3 超弹性本构
    2.6 广义外力
        2.6.1 分布力与集中力的广义力
        2.6.2 力距的广义力
    2.7 算例研究
        2.7.1 翘曲变形算例
        2.7.2 超弹本构验证
    2.8 本章小节
3 线—线接触模型
    3.1 引言
    3.2 线—线单点接触模型
        3.2.1 接触检测方法
        3.2.2 接触力计算
    3.3 线—线区域接触模型
        3.3.1 接触区域检测方法
        3.3.2 接触力计算
    3.4 算例研究
        3.4.1 线单点接触模型验证算例
        3.4.3 线区域接触模型验证算例
    3.5 本章小节
4 面—面区域接触模型
    4.1 引言
    4.2 面一面接触模型
        4.2.1 面一面最小距离准则
        4.2.2 面一面接触区域检测
        4.2.3 面一面接触力计算
    4.3 算例研究
    4.5 本章小节
5 柔性梁碰撞动力学建模与仿真
    5.1 引言
    5.2 能量耗散接触模型
        5.2.1 Hunt-Crossley接触力模型
        5.2.2 纯弹性与耗散接触模型对比
    5.3 系统动力学建模
        5.3.1 布尔矩阵
        5.3.2 系统动力学方程
        5.3.3 引入边界条件
        5.3.4 方程的求解
    5.4 柔性梁碰撞动力学仿真分析
    5.5 本章小节
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]多柔体系统动力学研究进展与挑战[J]. 田强,刘铖,李培,胡海岩.  动力学与控制学报. 2017(05)
[2]软体机器人前沿技术及应用热点[J]. 侯涛刚,王田苗,苏浩鸿,常帅,陈令坤,郝雨飞,文力.  科技导报. 2017(18)
[3]柔性梁线接触碰撞的动力学建模和实验研究[J]. 沈凌杰,郭其威,刘锦阳,余征跃.  动力学与控制学报. 2007(02)
[4]柔性梁斜碰撞问题的非线性动力学建模和实验研究[J]. 沈凌杰,刘锦阳,余征跃.  力学季刊. 2006(04)



本文编号：3184529