绝对节点坐标列式实体梁单元建模方法及应用

在多体系统动力学建模方法中,传统非等参梁单元的建模方法主要基于Euler-Bernoulli梁或Timoshenko梁理论,无法准确描述截面变形;而传统绝对节点坐标列式索梁单元虽然能够准确描述截面变形,但需引入额外描述及处理闭锁问题;与上述单元不同,绝对节点坐标列式实体单元可以通过节点坐标直接描述截面变形,避免单元变形带来的闭锁问题。本文在实体单元方法基础上,首次提出了考虑单元连续性条件和黏弹性阻尼模型的绝对节点坐标列式实体梁单元,并使用实体梁单元实现了对多体系统的建模。仿真结果表明,对比传统有限单元及绝对节点坐标列式单元,实体梁单元能够更好地表征柔性梁的非线性特性,满足大变形柔性计算的需求。     

两柔性梁碰撞振动的非相似模态

研究以Hertz接触模型描述的两柔性梁的碰撞振动,通过坐标变换将系统投影到环面上分析其模态动力学问题,揭示碰撞模态呈现非相似性质。     

飞机拦阻索动态特性研究

 为了分析飞机拦阻索在拦阻过程中复杂的动态特性,将拦阻索视为空间柔性钢索,液压吸能系统和缓冲系统经过线性拟合,作为传动索的约束条件,通过具有弹性和阻尼特性的梁单元加载在拦阻系统模型中,同时考虑了柔性钢索与刚性支撑体之间的接触碰撞作用,在有限元分析软件LS_DYNA中建立了拦阻系统的碰撞动力学模型,并进行了仿真研究。研究结果表明,飞机尾钩挂索后,在拦阻索与甲板滑轮之间存在连续震荡衰减的应力波,当来自于甲板滑轮的初次反射波到达钩索啮合点时,拦阻力达到极值。     

滚动轴承保持架-滚动体接触动力学建模与接触特性

采用非线性弹簧单元、阻尼单元模拟保持架与滚动体之间的碰撞接触,并综合考虑碰撞接触、摩擦以及兜孔间隙等非线性因素,建立了滚动轴承动力学分析模型。通过动力学仿真研究了保持架与滚动体之间的碰撞接触特性及轴承载荷、转速对保持架接触特性的影响。研究结果表明:滚动体与保持架兜孔前、后端交替产生非连续性碰撞接触并造成保持架转速出现不规律的波动。滚动体与保持架兜孔前、后端接触力的最大值和保持架转速的波动范围随着轴承径向载荷的增加而减小,随轴承转速的增加而增大。所建立模型可为滚动轴承的设计及保持架的失效分析提供理论依据。      

折叠翼弹簧锁紧机构动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,对折叠翼弹簧锁紧机构展开到位瞬时的碰撞问题进行分析,采用LS-DYNA建立折叠翼的刚柔耦合动力学模型,在各构件之间建立运动副和接触关系,对折叠翼展开到位时的局部接触碰撞动力学过程进行数值模拟。本文的建模方法更准确地计算了折叠翼展开到位的动力学响应,给出了折叠翼展开到位的碰撞特性,得到碰撞过程中折叠翼的应力分布。从而为折叠翼机构的设计提供指导。     

运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学分析法

针对导弹轨式发射采用柔性接触进行动力学建模后计算稳定性差、结构复杂时计算规模大的问题,提出了一种用能随柔性导轨变形的柔性点线约束来替代导弹定向钮与导轨之间接触关系的建模方法;基于有限元模型、单段导轨多体动力学模型和多段拼接导轨多体动力学模型的模态和静态对比分析,验证并消除了应力刚化效应的影响;在考虑导轨应力刚化效应的前提下构建了运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学模型。仿真结果表明,该方法不仅可以有效解决柔性体接触算法计算量大、计算稳定性差等问题,而且也具有较好的仿真精度。该方法可为复杂导弹发射系统发射过程的多柔体动力学建模提供可行的简化途径。     

空间站可充气展开舱外载荷原理样机结构设计与分析

为了给航天员在轨科学实验提供更大的操作空间,并为未来空间站可充气展开舱段及充气式月球基地的建设进行相关技术验证,基于充气式运输居住舱设计理念,设计了一种由多层复合材料构成的柔性外壳及中央芯柱结构组成的空间站可充气展开舱外载荷原理样机。为了给结构限制层在压差作用下的囊体应力估算提供参考,分别推导了结构限制层囊体在压差作用下的环向应力和轴向应力,利用Von Mises应力描述囊体二向应力状态,并将结果与基于ABAQUS的有限元分析结果进行对比,验证了理论分析方法的有效性。最后样机试制及充气展开试验验证了包括舱门机构、地板展开机构和柔性外壳在内的舱外载荷原理样机结构设计方案的可行性。     

直升机旋翼桨叶的弹性碰撞动力学建模

建立了直升机旋翼桨叶弹性正碰撞的动力学模型,采用有限转动梁理论处理桨叶的弹性变形,利用Hertz接触理论处理局部弹性变形,引入位移协调方程识别弹性碰撞载荷,运用Hamilton原理建立了桨叶正碰撞的动力学方程.通过与Timoshenko算例的对比表明了该方法的正确性,且对集中质量与直升机桨叶的弹性正碰撞问题进行了研究.      

一种空间超大型可展开柔性聚光器

面向空间太阳能电站（SSPS）对大口径太阳能聚光器的应用需求,提出一种超大型、轻量化、高精度的空间可展开柔性聚光器的新构型。采取理论建模、计算仿真、优化设计相结合的方法对其抛物面构型原理、展开机构折展原理、展开态结构稳定性、动态聚焦精度等问题进行研究,并完成大口径可展开柔性聚光器的设计。提出了基于多层弹性花瓣镜体复合结构的大口径柔性聚光器优化创新设计方法。由于采用薄板柔索结构,本聚光器具有精度高、展收体积比大、质量轻、在线控制简单等优点,为空间太阳能电站千米级聚光器提供一种创新设计方法。     

基于免疫算法的柔性制造单元动态调度研究

 为了将调度理论实用化，研究接近生产实际的柔性制造单元动态调度，既解决路径选择问题，又优化工序调度方案。不仅考虑了零件分批、工艺路线柔性可变、不相容指标协同优化等问题，而且探讨了由于设备故障、加工任务临时变动等扰动因素引起的动态调度。建立了柔性制造单元动态调度的数学模型；针对这个组合优化问题的难处理性，提出了一种免疫算法；引入了滚动 扰动混合再调度策略。采用提出的方法求解西安航空发动机(集团)有限公司的柔性制造单元动态调度问题，得到满足实际生产要求的优化调度方案。实例仿真结果表明柔性制造单元动态调度问题采用提出的算法、策略和方法基本能够得到解决。
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基于机器人柔性毛刷的空间翻滚目标消旋

设计了一种柔性减速刷消旋机构，将其安装于七自由度机械臂的末端，通过与翻滚目标帆板之间的接触碰撞进行消旋。利用绝对节点坐标法推导了柔性减速刷的动力学模型，并对其接触碰撞进行分析。针对自由漂浮空间机器人动力学建模和基座姿态的控制进行了研究，采用基于计算力矩法的滑模控制策略，对末端参数不确定的七自由度机械臂进行控制。滑模控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏等特点，确保了系统的全局鲁棒性和稳定性。有利于节省消旋时间，提高消旋效率。通过PD控制和滑模控制消旋仿真验证，该消旋策略能够成功消除初始旋转速度，消旋程度达90%以上，具有可行性与有效性。     

Deployment dynamic analysis of deployable antennas considering thermal effect

Dynamic analysis of flexible multibody systems is complex. Several successful methods have been demonstrated. However, few works discussed the dynamic performance of the flexible multibody under different temperatures. This paper uses the absolute nodal coordinate formulation to analyze the flexible body dynamics of deployment structures under different temperatures to simulate space environments. The dynamic equations of finite element in temperature field are developed. Then a computer-aided simulation of flexible multibody systems in temperature field is implemented. A general four-bar mechanism under different temperatures as a simulation example is demonstrated, and the deployment characteristics of a special four-bar mechanism as a basic module of the hoop truss deployable antenna is analyzed under different temperatures in order to evaluate the dynamic performance of the deployable antenna in space environments. The simulation results indicate the influence factors of deployment dynamic characteristics include the structural form, material properties, geometric parameters and deployment planning in ambient and thermal/vacuum environments.     

Changing law of launching pitching angular velocity of rotating missile

In order to provide accurate launching pitching angular velocity（LPAV） for the exterior trajectory optimization design, multi-flexible body dynamics（MFBD） technology is presented to study the changing law of LPAV of the rotating missile based on spiral guideway. An MFBD virtual prototype model of the rotating missile launching system is built using multi-body dynamics modeling technology based on the built flexible body models of key components and the special force model.The built model is verified with the frequency spectrum analysis. With the flexible body contact theory and nonlinear theory of MFBD technology, the research is conducted on the influence of a series of factors on LPAV, such as launching angle change, clearance between launching canister and missile,thrust change, thrust eccentricity and mass eccentricity, etc. Through this research, some useful values of the key design parameters which are difficult to be measured in physical tests are obtained. Finally,a simplified mathematical model of the changing law of LPAV is presented through fitting virtual test results using the linear regression method and verified by physical flight tests. The research results have important significance for the exterior trajectory optimization design.     

轴对称推力矢量喷管冷态多柔体动力学仿真

采用实体板壳单元对矢量喷管关键部件进行了柔性化,基于机构的树状参数化处理技巧和MSC.ADAMS软件的宏命令批处理技术构建了矢量喷管的多柔体动力学仿真模型,模型中使用点线约束简化了部分接触约束,极大减小了计算规模.仿真了机构的冷态同步、摇头和摆头等工况,获得了机构各环节的受载和动态特性.研究工作对于矢量喷管的热态仿真及其虚拟设计和虚拟实验具有重要指导意义.      

降落伞系统动力学的面向对象仿真框架

针对当前降落伞系统动力学仿真中存在的问题,引入面向对象分析方法建立了开放性的仿真框架。框架由模型库、算法库和系统库三部分组成。实现了基元模型接口的规范化和模型库的层次化,提高了框架可扩充性和适应性。框架提供了通过基元模型组合来建立系统模型的机制,可支持针对不同系统、不同应用的仿真工作。利用该仿真框架,完成了某型飞船降落伞系统建模仿真,验证了框架的有效性。     

动载下的圆柱齿轮接触应力分析

本文研究了一般三维弹性接触问题的有限元局部网格密化技术 ,并在此基础上结合有限元—线性规划法首次提出了一种计算直齿和斜齿圆柱齿轮啮合过程接触应力分布的方法。文中以一对航空斜齿圆柱齿轮为例 ,计算了在系统动载和静载作用下该对斜齿轮不同接触线上的接触应力 ,并与航标进行了对比分析。计算结果表明本文方法及其微机用程序系统是快速可靠的。     

基于Hypermesh的增强功能镜像工具开发

有限元建模往往是非常繁琐的过程,前处理软件的镜像功能可以大幅提高对称结构的建模效率,然而对于常用的前处理软件来说,尚没有一种可以完全（或完整）的将节点和单元编号进行偏移并保留单元属性、保留梁单元端点偏置和单元坐标系Y、Z轴的镜像功能。对复杂模型来说,手动对节点或单元重新编号或重新赋属性的工作量是巨大的。介绍了基于Hypermesh环境,利用TCL/TK语言开发的增强功能的镜像工具。通过两个实例验证,该程序可以提高有限元建模工作效率,减少繁琐的重复性工作。     

挠性多体航天器姿态动力学建模与分析

针对带有多个挠性附件以及天线转动机构的卫星等多体航天器．利用伪坐标Lagrange方程建立了系统的姿态动力学模型。通过仿真计算．分析了星体与天线运动的耦合特性．以及挠性附件干扰对卫星姿态的影响．验证了数学模型的正确性。     

计及套圈变形的薄壁角接触球轴承性能分析

为了准确计算柔性支承轴承负荷分布,以外圈孤立点支承薄壁角接触球轴承为例,建立了三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析不同工况下轴承负荷分布,寿命及刚度等性能的变化规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较.结果表明,有限元方法计算结果与实验结果更为接近.