刚柔耦合

摘要： 针对液压挖掘机工作装置关节摩擦副摩擦磨损问题,运用假设模态法及拉格朗日运动法建立了挖掘机工作装置刚柔耦合动力学模型,并分别基于刚体以及刚柔耦合模型下对工作装置进行动力学分析,得到3个重要关节的载荷变化曲线,进而基于联合仿真对动臂-底座关节摩擦副端面进行动态应力对比分析.结果表明,基于刚柔耦合的动力学分析更加贴近实际情况.挖掘机的回转过程中关节摩擦副会产生剧烈的交变载荷,摩擦副端面接触压力区域分布于外圈边缘,并随着工作装置的运行沿外圈移动.所得结论为挖掘机的关节摩擦副设计优化提供更加准确的依据.

摘要： 在工业机械臂的运动过程中,由于谐波减速器的柔性效应会导致其产生传动误差,进而造成机械臂末端的定位精度下降,针对这一问题,以UR10机械臂为例,为了减小其传动误差,提高机械臂末端的定位精度,分别对谐波减速器和机械臂进行了理论建模及仿真研究。首先,联合ADAMS和ANSYS-APDL,对谐波减速器三维模型进行了仿真分析,研究了不同转速下谐波减速器的传动误差;然后,建立了谐波减速器动态传动误差的动力学方程,采用龙格库塔迭代求解得到了其动态误差曲线,利用数值解验证了仿真解的正确性;最后,分析了不同转速下谐波减速器的传动误差对刚柔耦合机械臂末端执行器的角速度、角加速度以及定位误差的影响规律。研究结果表明:当关节转速为额定转速的70%时,谐波减速器的仿真传动误差范围最小为-8.0″~7.5″,且机械臂末端定位误差最小为1.07 mm,此时传动误差对机械臂末端精度的影响最小,其定位精度最高。

摘要： 针对铁道客车出现的车体局部振动现象及振源识别难的问题,文章利用振动传递路径的仿真分析方法建立了某铁道客车的整车刚柔耦合计算模型,以某典型运行工况为例,计算并输出了转向架与车体间所有连接点的激励载荷和转向架激励点到车体响应点的传递函数,研究了各个激励路径对车体响应点振动响应的贡献量大小。研究结果表明,该方法能够较好地识别主要振动传递路径,可为铁道客车振动问题的快速解决提供目标参考。

摘要： 梁的横向变形会导致梁纵向缩短,建模过程中考虑梁横纵变形二次耦合项则存在动力刚化现象,这说明梁的纵向变形会对模型的广义刚度造成影响.对于做旋转运动的梁结构,旋转运动时还会受到离心力的作用而产生轴向拉力,轴向拉力同样也会引起梁的轴向变形,这种影响对粗短梁更加明显.以大范围运动中心刚体-Timoshenko梁模型为研究对象:首先,运用Timoshenko梁理论以及Hamilton原理建立含离心力的动力学模型;其次,引入非约束模态概念,采用Frobenius方法求解非约束模态振型函数以及固有频率;最后,通过数值仿真探究不同恒定转速时非约束模态与约束模态广义刚度的差异和非约束模态条件下离心力对模型的影响.

摘要： 我国铁路客车舒适度评价主要依据地板振动响应计算的平稳性指标,是车辆运行品质的客观评判,忽略了人体的振动响应,对乘客振动的主观感受考虑较少。为了精确分析铁路客车乘客的坐姿振动状态,利用虚拟样机技术,基于柔性车体和乘客的7自由度人体力学模型,搭建贴合实际的线路-车辆-乘客振动模拟环境。以德国低干谱激励为例,仿真获取地板及人体不同部位的振动加速度响应,计算不同车速下的平稳性指标、加权加速度均方根值和乘客的烦恼率,从主观和客观分别对乘客的舒适性进行评价。结果表明:存在平稳性指标合格,但加权加速度均方根值在不舒适范围内,且烦恼率大于20%的情况;在140 km/h以下时,平稳性指标为优秀,加权加速度评价为没有不舒适,烦恼率表明有极少乘客不能接受(<1%);速度在150~180 km/h范围内,平稳性指标优秀,加权加速度评价为稍微不舒适,烦恼率反映有较少乘客不能接受(<7%);200~220 km/h的平稳性指标良好,但加权加速度评价是有些不舒适,烦恼率呈现出一部分人不能接受(<15%);280 km/h时,平稳性指标基本合格,但加权加速度评价为不舒适,约30%的人无法忍受;410 km/h以上时,平稳性指标不合格,加权加速度评价为不舒适,烦恼率均大于50%,即有半数以上乘客不能接受。采用主客观相结合的评价体系,更能真实反映人体的振动感受,可以使得舒适性评价更为准确。

摘要： 为了探明鲜食葡萄采运全周期的落粒、伤粒力学机制与规律,研究了鲜食葡萄果穗系统振碰复合动力学模型构建方法.以葡萄果穗振动模型为基础,提出了改进的葡萄果穗振碰复合模型,根据此模型,基于绝对节点坐标法和自然坐标法分别描述了果粒主穗轴和支梗果梗,得到了果穗系统振动动力学方程.基于虚功原理和连续介质力学原理推导得到了果粒主穗轴和果粒的弹性力和应力表达式,同时基于Hertz模型和Kelvin模型得到了果粒碰撞力的表达式,代入振动动力学方程,最终得到鲜食葡萄果穗振碰复合动力学模型,并简介了求解方法.

摘要： 为揭示多动态参数激励下兆瓦级风力机主轴承的动态特性,考虑空间柔性机构大范围运动与弹性体自身小范围变形的影响,对主轴承进行参数化分析并联合动载荷作用下的动力学方程进行数值求解。以兆瓦级风力机主轴承为研究对象,建立刚柔多体接触模型,进行仿真并验证模型的正确性与可靠性。结果表明:通过分析主轴承刚柔多体接触动力学特性,可得到风力机运转过程中主轴承各部件之间的动态响应特性、不同工况下柔性体的接触力变化规律以及阵风阶段内圈的受力危险位置。研究结果为风力机主轴承的结构优化提供参考。

摘要： 动力固结时频繁的大载荷卸载是起重机结构损伤、故障率高的主要原因。针对动力固结冲击大、设备寿命低的问题,探讨了起重机卸载冲击机理,提出了通过卸载器耗能降低卸载冲击的新方法。研究了起重机-重锤模型中系统能量转移规律,提出了柔性卸载原理,建立了描述柔性卸载关键参数的数学模型。根据多体动力学基本理论,建立了起重机的刚柔耦合模型,仿真预测了卸载时间与冲击响应之间的关系,验证了柔性卸载理论模型。根据柔性卸载理论,在起重机与重锤之间设计了基于力控的柔性卸载器,将悬吊拉力控制转变为液压力控制。通过突然卸载与柔性卸载的对比试验,证明柔性卸载显著延长了卸载时间,柔性卸载装置可行,为一类冲击机械减振设计提供了参考。

摘要： 为研究动力总成悬置系统隔振分析方法,论文以某重卡为研究对象,建立整车刚柔耦合多体动力学模型,并分别将柔性车架和刚性车架整车模型仿真结果与试验结果进行对比,最大误差分别为8.9%和25.1%,表明柔性车架整车模型与试验结果更为接近,能够用于动力总成隔振率的计算。为了简化分析过程,论文研究了基于柔性车架整车模型的3种简化方法,结果表明简化模型隔振率与试验结果相差最大为12.3%,与简化前相比隔振率相差最大为5.34%,因此,在车辆设计初期,没有实车及详细整车参数的条件下,利用简化后的模型可用于隔振率的仿真计算。该研究为动力总成隔振率计算提供了一定的理论指导,具有重要的工程应用价值。

摘要： 将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。

摘要： 本文以某型垃圾压缩车翻筒机构的摇臂结构为研究对象,针对该摇臂存在自重偏大的问题,以应力作为约束条件,建立翻筒机构在整个工作工况下以最小质量为优化目标的拓扑优化模型.在优化过程中使用HyperMesh建立摇臂的刚柔耦合模型,对摇臂进行拓扑结构布局优化,并根据拓扑优化结果对摇臂结构进行改进设计.改进之后的摇臂结构,在应力水平一致情况下,其质量降低10.8kg,减重约44％.同时疲劳试验结果表明新结构的疲劳寿命与原始结构相比提高7.7％,表明其结构是可靠的.

摘要： 对作大范围运动功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)厚板的刚柔耦合动力学问题进行了研究,基于一阶剪切变形理论,从连续介质理论出发,计及了变形位移场中的二次耦合变形量,利用Lagrange方法推导了FGM厚板的刚柔耦合动力学方程,该方程适用于普通均质薄板和FGM厚板的动力学分析.采用20自由度矩形单元对变形场进行离散,对不同转速下的悬臂板进行动力学仿真,比较了本文建立的基于一阶剪切理论的模型和基于经典薄板理论的模型,验证了本文模型的正确性以及经典薄板理论的一些不足.研究了不同功能梯度指数下,FGM厚板的横向变形、速度响应频率和固有频率.结果表明,随着转速增大,剪切项对结构动力学行为影响变大,考虑横向剪切项的情况下,计算结果更偏柔性.

摘要： 针对数控机床进给系统在进给过程中存在的振动问题,建立了直线导轨副、丝杠轴向、横向及扭转振动动力学模型.采用ADAMS和ANSYS软件建立了进给系统的刚柔耦合模型,通过相关分析可知直线导轨副的动力学特性对于工作台振动的影响最大.最后分析了直线导轨副的阻尼系数、刚度对于工作台振动影响的规律,为减小进给振动、提高加工质量提供了理论依据.

摘要： 某风力发电机齿轮箱传动系统的振动分析,针对其1级行星轮加2级平行轴传动的结构,利用三维建模软件建立了系统的刚体模型,并将齿轮箱传动系统的中速轴和高速轴柔性化,建立了刚柔耦合模型.借助动力学分析软件,分别从位移、速度、啮合力、角加速度4个方面对2种模型进行动态特性分析,发现刚柔耦合模型的动力学特性要比刚性模型更加符合实际情况.

摘要： 吊管机属于石油管道用特种起重施工设备，配重机构是吊管机的重要组成部分,该机构在各种工况下反复外摆和收起,其结构的合理性与关键部位强度直接影响到起吊性能的好坏以及施工作业安全性和可靠性.为了保证设计的合理性,以某型吊管机四连杆型式配重机构为研究对象,建立该机构模型和动力学方程.通过导入柔性化零件建立机构的刚柔耦合模型,仿真后得到液压油缸推力随时间变化曲线和关键部位上连杆最危险时刻,对比分析试验值和理论计算值,验证仿真结果的正确性和校核了上连杆的强度.研究不仅为样机中配重机构的设计和可靠性研究提供了指导方向,还为大吨位吊管机配重机构的设计提供了新的方法.

摘要： 将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析.基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程.将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性.

摘要： 行星齿轮箱的振动信号主要来源于齿轮运转过程中的啮合振动,各啮合点与传感器之间的传递路径周期性变化,振动信号通过不同的传递路径在同一时刻被传感器采集到,导致行星齿轮箱的采集信号更加复杂,然而实践条件下很难提取出各轮齿之间的接触力信号.为此,结合实验室设备参数,借助动力学仿真软件ADAMS,对行星齿轮箱进行刚柔耦合动力学仿真.然后提取出仿真过程中行星轮与内齿圈和太阳轮的接触力信号,并将其与仿真模型中传感器采集到的信号对比,验证了行星齿轮箱系统中信号传递的非线性.最后将刚柔耦合仿真信号与实验信号对比,验证模型的正确性.

摘要： 随着风电机组叶片和塔架的柔性增强,在随机风载激励下,风力机的动态响应表现出强烈的耦合特征.本文以某1MW风电机组为研究对象,建立风机刚柔耦合有限元模型,完成了风机整体的有限元模态分析,并计算了整机模型在不同风速下的动态响应.通过提取叶尖与塔架不同位置的振动响应,发现随着风速增加,风力机的整体振动增强,并且塔架中部的振动加速度大于项部和底部.研究成果对于预测风力机在不同风况下的动力学响应,改善机组结构设计、制定有效诊断策略具有重要意义.

摘要： 本文建立了低速机曲柄连杆机构的仿真分析模型,然后将其导入多体动力学仿真软件ADAMS中,建立刚体动力学模型,并设置主要仿真参数,进行动态应力分析计算.针对计算结果,对主要零部件之间的受力情况进行分析.然后使用Hypermesh软件对曲轴和连杆进行网格划分,并在Optistruct中计算得到模态中性文件.生成柔性体模型然后重新进行动态仿真,得到柴油机运行过程中的零部件应力变化情况,并对其进行强度校核.最后将柔性体计算结果与刚性体结果进行对比分析,得出柔性计算应力结果的准确性.

摘要： 针对某型两级齿轮传动系统的动力学建模问题,利用虚拟样机仿真技术,对考虑了传动的柔性以及轴承间隙情况下的齿轮传动系统进行了动力学仿真,对不同模型进行了对比分析,表明考虑传动轴的柔性可以提高所建模型的准确度,且随着轴承间隙的增大,齿轮-柔性转子-轴承之间的耦合作用逐渐增强,整个系统的力学特征变化明显.在此基础上对影响系统传动轴疲劳寿命的因素进行了研究,分析了不同内外径比例情况下的传动轴寿命变化规律,可以为系统的结构优化设计提供参考.

摘要： 本发明涉及一种基于轴耦合的车辆刚柔耦合动力学建模方法，可有效提高车辆动力学仿真精度，减少仿真与试验之间的误差。该方法包括如下步骤：建立不包含路面模型与轮胎模型的车辆多刚体动力学模型；建立车辆刚柔耦合动力学模型；建立具有三向位移输入功能的虚拟试验台；实际道路工况采集轴头与车架相对位移数据；车辆动力学仿真与模型校准。本发明综合运用刚柔耦合动力学原理和有限元理论，建立基于轴耦合的车辆刚柔耦合动力学模型，解决了现有车辆动力学建模方法误差大的问题，本发明的建模方法具有较高的适用性和可操作性，仿真结果具有较高的精度。

摘要： 本发明公开了一种刚柔耦合超冗余智能感知机械臂，其包括机械臂，机械臂的前端和后端分别设置有操作装置和驱动机构，机械臂由若干弯曲单元依次连接而成；弯曲单元包括若干依次连接的中间节，若干所述中间节的两端均设置有基节，基节和中间节均为空心的圆柱状结构，基节与中间节之间、相邻的两个中间节之间均通过十字铰活动连接；驱动机构包括若干驱动电机，若干驱动电机的转轴上均设置有卷筒，弯曲单元内设置有若干腱绳，若干腱绳的一端固定在弯曲单元的前端，另一端分别与若干卷筒连接。机械臂具有模块化、超冗余自适应、空间环境适应性强、末端位姿可测量、外界接触可感知等优点，可用于非合作、合作目标抱捕抓取和复杂腔体的内部勘察。

摘要： 一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人及控制方法，所述的连续体机器人包括机体、连续体机构、主骨架、刚度调节机构、驱动机构、传感器单元、控制处理模块和电源模块，所述的连续体机构包括连续体机构一、连续体机构二、连续体机构三，均由多个圆形刚性节片、弹性棒、压缩弹簧组成，所述的刚度调节机构由多组摩擦滑块、弹簧、压块、拉杆、连杆、连接轴、转盘、扭簧及拉绳组成，所述控制方法包括位姿控制方法和刚度控制方法。所述的连续体机器人具有结构紧凑、轻便、柔顺、刚度可控等优点，可实现物体缠绕抓取。

摘要： 一种工业机器人刚柔耦合分析方法，包括：建立工业机器人的三维模型，并将三维模型导入有限元软件hypermesh以optistruct模板进行有限元分析；将工业机器人的三维模型进行模态分析以使所述工业机器人的部件进行网格划分；配置材料和单元属性，并分配部件材料和单元属性；创建刚性区域，选择作用面生成刚性节点以构成刚性区域；创建载荷集和控制卡片，创建至少一个载荷和约束集以及控制卡片参数；柔性化计算后输出模态中性文件。本发明利用有限元分析软件将构件离散成细小的网格，再进行模态计算，对工业机器人进行刚柔耦合分析，得到机器人末端的位移偏差曲线、各关节的驱动扭矩，加速度和速度曲线以及机器人在运动过程中的最大应力等。

摘要： 本发明涉及医疗器械领域，具体来说是一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法，本新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构包括：手指外骨骼单元，包括至少四个手指活动机构，四个手指活动机构的根部分别通过相应约束连接器与驱动单元相连；其中所述驱动单元通过相应柔性组件带动手指活动机构活动；以及所述约束连接器适于使四个手指活动机构横向自由张开。本发明通过约束连接器能够使手指活动机构横向自由张开，并且通过柔性组件的配合，克服了完全的刚性机构往往结构复杂，易对患者的手部造成二次损伤；而完全的柔性机构往往无法精准地实现力的传递的问题，实现了患者更加安全，更加精准的康复训练。

摘要： 一种剪切式变后掠翼的刚柔耦合蒙皮结构，涉及航空技术领域，针对现有技术中复杂力热环境下剪切式变后掠机翼蒙皮的变形问题，包括：壁板式蒙皮面片和承载骨架；所述承载骨架包括平行设置的肋板和连接肋板的承载桁条，所述肋板和承载桁条转动连接，所述肋板之间靠近机身的承载桁条上设有承载桁条耳片，所述桁条耳片通过销轴与机身转动连接，所述肋板上加工有滑道；所述壁板式蒙皮面片包括多个子面片，所述子面片固定设置在相邻两个肋板上，所述子面片为高温合金材质，所述多个子面片紧密排布。本申请解决了复杂力热环境下剪切式变后掠机翼蒙皮的适应变形问题。

摘要： 本发明一种刚柔耦合式微重力环境模拟训练装置，它包括固定平台、柔索驱动单元、末端执行器支架、末端执行器、柔索，伺服电机到柔索间传动机构为滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母，至末端执行器的力觉传感器支架可调配重，实现末端执行器在X、Y、Z轴上的静平衡和动平衡，控制柔索的运动方式为直线往复运动，在保证柔索可变长度够用的情况下，结构简单，易于提高柔索控制精度，驱动单元上有两个不同位置的测力传感器，相互补偿，提高测力精度，实现模拟微重力环境下，虚拟任务物体通过末端执行器与航天员进行的力交互控制。

摘要： 本发明公开了基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，包括多个折展单元以及机械臂底座。此机械臂采用模块化设计思想，采用多个相同的折展单元组合而成，通过各个折展单元上的驱动电机带动每个折展单元伸缩和翻折，从而可以使机械臂灵活伸缩以及向任意方向弯曲，实现多种复杂环境下的工作任务。本发明的机械臂在折展单元的连杆上添加柔性材料，能够有效地补偿变形，简化机构，缓解冲击。本发明的机械臂在折展单元中添加扭簧，起到支撑作用，使机械臂可以正方或者倒放，可以匹配多种底座，适应性更好。本发明的机械臂在折展单元底盘的转动副上固连，监测其转动速度，避免出现较大冲击或损坏。

摘要： 本发明公开了一种多自由度多功能高负载液压机械臂刚柔耦合分析方法，包括：建立柔性体模型从而获得模态中性MNF文件；建立ADAMS多刚体系统；确定三臂为两种工况下的危险构件，进行刚柔替换，并重新添加柔性体约束，得到优化后的机械臂在两种工况下的刚柔耦合模型，两种工况为搬运工况和挖掘工况；基于两种工况下的刚柔耦合模型进行仿真分析。还公开了对应的装置、电子设备，基于各工作臂铰接点载荷动态仿真以及静力学分析结果确定三臂为两种工况下的危险构件；然后仅对优化后三臂进行柔性化处理并在两种极端工况下分别对其进行刚柔耦合分析，由此明确了分析方向，简化了力分析的工作量和工作流程，为机械臂。工作期间的实时力学分析提供了基础。

摘要： 本案涉及作旋转运动Mindlin板的高次刚柔耦合动力学仿真模型，其采用浮动坐标法描述中心刚体‑Mindlin板上任一点的位移场、速度场和角速度场；基于Mindlin板理论，考虑剪切变形和板面内变形的非线性耦合项；采用无网格径向基点插值法对矩形板的变形场进行离散；保留动能中有关非线性耦合项的所有高阶量，通过构造高阶形函数避免径向基点插值法中出现的剪切闭锁现象；运用第二类Lagrange方程建立中心刚体‑Mindlin板系统的高次刚‑柔耦合动力学方程；采用Newmark法求解动力学方程，得到矩形板内任一点任意时刻的动力学响应。本案的仿真模型具有适应性广、精度高的优点。