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基于绝对节点坐标法下不同模型的柔性板力学特性分析
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作者 伍松 曲汉龙 +4 位作者 赵鑫 伍炜 罗淇译 符黄彬 牛彩云 《机床与液压》 北大核心 2025年第8期182-191,共10页
为了研究柔性板结构在不同模型下的动力学特性差异,基于绝对节点坐标法建立大变形柔性板的动力学模型。该方法通过变形梯度和格林-拉格朗日应变描述结构的运动以及变形,采用斜率矢量替代传统有限元法中的转角坐标,可有效求解大位移、大... 为了研究柔性板结构在不同模型下的动力学特性差异,基于绝对节点坐标法建立大变形柔性板的动力学模型。该方法通过变形梯度和格林-拉格朗日应变描述结构的运动以及变形,采用斜率矢量替代传统有限元法中的转角坐标,可有效求解大位移、大转动及大变形问题。基于绝对节点坐标法理论框架,对比分析线弹性和超弹性本构模型(薄板和全参数板单元、基于Mooney-Rivlin和Neo-Hookean本构模型的超弹性板)的力学特性。通过连续介质力学推导了单元广义弹性力矩阵与切线刚度矩阵,进而构建系统动力学方程。最后通过MATLAB软件分析线弹性模型和超弹性模型,得到了不同激励条件及材料模量对柔性板动力学行为的影响规律。仿真结果表明:当线弹性板受到外部激励时,三轴位移曲线较为吻合,超弹性板位移曲线存在一定差异,材料模量的增大使得两种板的变形减小,结构更加稳定,线弹性板及超弹性板模型对于大变形动力学问题都具有一定的适用性。 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 动力学模型 大变形 超弹性本构模型
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细长输流管道大变形动力学研究进展
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作者 陈伟 曹润青 +2 位作者 胡嘉纯 代胡亮 王琳 《力学进展》 北大核心 2025年第1期113-174,共62页
细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典... 细长输流管道是发动机液压装置、航空加油机、核工业热交换器、海洋钻井平台等工程装备系统的一类重要结构.当流速较高时,细长管道可能会发生屈曲或颤振等流致失稳现象,严重时可酿成重大安全事故.输流管道的流致失稳及其非线性振动是典型的流固耦合力学行为,已成为结构动力学、流固耦合力学等研究领域的一个普遍性范例.在建立动力学方程、明确稳定性机理和分析非线性振动规律之后,近年来人们极其关注输流管道的大变形/大位移动力学问题.本文系统介绍了细长输流管道非线性振动,特别是其弯曲大变形动力学的研究进展.首先,概述了输流管系统的非线性特征及其分类,简要分析了一些常用假设的合理性.其次,重点介绍了泰勒展开近似模型、几何精确理论模型、绝对节点坐标描述计算模型、数据驱动模型及相关的其他建模与求解方法.然后,针对两端支撑管道和悬臂管道两类有本质区别的动力学系统,回顾了其非线性动力学机理与演化规律,重点介绍了悬臂管道从小变形假设到大变形响应的一些新近研究进展.在此基础上,还介绍了提高输流管稳定性、抑制输流管非线性振动和利用输流管大变形响应的主要方法.最后,对细长输流管道大变形动力学的研究现状进行了归纳总结,并指出值得关注的几个基础性科学问题. 展开更多
关键词 输流管道 流固耦合 大变形动力学 几何精确模型 绝对节点坐标法
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基于ANCF的复杂地形下深海采矿柔性软管力学特性分析
3
作者 邹丽 国奇 +3 位作者 金国庆 于宗冰 胡健 钱浩宇 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期640-649,共10页
深海采矿系统中柔性软管的空间构型和动态响应直接影响矿物输送效率和管道使用寿命。本文基于绝对节点坐标法(ANCF),建立了几何非线性柔性软管的静力学和动力学模型,系统研究了海底复杂地形下柔性软管的几何参数和力学特性的变化规律。... 深海采矿系统中柔性软管的空间构型和动态响应直接影响矿物输送效率和管道使用寿命。本文基于绝对节点坐标法(ANCF),建立了几何非线性柔性软管的静力学和动力学模型,系统研究了海底复杂地形下柔性软管的几何参数和力学特性的变化规律。结果表明,在不同地形条件下,软管靠近采矿车一端的空间构型显著变化,软管的几何参数(软管两端与y轴夹角α和β,软管弯折角度θ)对地形变化不敏感,但其力学特性(对中间仓和采矿车的牵引力)对地形变化敏感;在几何特性方面,随着采矿车运动,α和β呈线性下降趋势,θ呈线性上升趋势,且α和β的线性变化趋势的斜率一致;在力学特性方面,相同地形下,增加采矿车行驶速度会导致柔性软管牵引力的振动频率降低,振幅增加;相同速度下,凹地形上软管的振幅最小,凸地形上振幅最大。 展开更多
关键词 深海采矿 柔性软管 绝对节点坐标法 复杂地形
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刚性接触网-受电弓系统快速仿真方法
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作者 陈龙 刘志刚 +3 位作者 段甫川 胡泽尧 徐钊 陈可 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第2期434-444,共11页
针对当前刚性接触网-受电弓系统有限元模型仿真速度慢、计算时间成本高的问题,对采用三维接触算法的弓网仿真方法与流程进行改进.首先,采用中心差分思想,将求解弓网接触副相对运动速度时需迭代计算的方程转换为可直接计算的显式方程;然... 针对当前刚性接触网-受电弓系统有限元模型仿真速度慢、计算时间成本高的问题,对采用三维接触算法的弓网仿真方法与流程进行改进.首先,采用中心差分思想,将求解弓网接触副相对运动速度时需迭代计算的方程转换为可直接计算的显式方程;然后,将刚性接触网在静平衡处进行线性化处理,以避免刚度矩阵组装耗时,并加快刚性网内力计算;其次,对弓网接触状态进行惰性判断以减少计算量;最后,对本文所提快速仿真方法在不同情况下的计算效率与精度进行分析.研究结果表明:在30跨8 m跨距的刚性接触网-受电弓仿真算例中,快速仿真方法相比标准仿真方法节省97.67%的仿真时间,且接触力结果最大偏差仅为0.48%;随着模型规模的增大,其节省的时间迅速增加,计算效率优势愈发显著,同时接触力结果偏差均小于1.00%;随着运行速度的提高,所节省的时间占比基本不变,接触力结果偏差略有增大趋势,在230 km/h以下的速度工况中,接触力标准差偏差均小于1.00%. 展开更多
关键词 刚性接触网 有限元方法 计算效率 绝对节点坐标法 三维接触
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仿生鲔科机器鱼游动性能研究
5
作者 张保成 吴业涛 +1 位作者 张开升 鲁中间 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第5期251-257,共7页
为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STA... 为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STAR-CCM+耦合流体求解器建立鱼体的游动模型,耦合结果表明当摆动幅值为0.13倍体长,摆动频率在(1.72~2.47)Hz范围内,平均巡游速度为1.2BL/s(BL为机器鱼体长的倍数),机器鱼最佳游动效率为0.4155。结果证实了机器鱼游动过程中通过制造沿尾部脱落的双列反卡门涡街,实现从周围流场汲取能量以维持自身高效率游动。通过分析机器鱼自主游动涡街产生过程得出流场雷诺数在(800~1200)时,机器鱼自主游动产生的反卡门涡街的结构达到最佳尺寸,可为仿生机器鱼效率的提高提供新的思路和方向。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 绝对节点坐标法 遗传算法 流固耦合 游动特性
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基于ANCF的功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动分析
6
作者 范博 王忠民 侯思谦 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期629-638,共10页
基于绝对节点坐标(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)法研究了功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动特性。采用三阶Bézier曲线拟合技术,对ANCF矩形壳单元初始周向切矢量和周向弧长进行了计算,从而避免了椭圆积分计算,增加了拟... 基于绝对节点坐标(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)法研究了功能梯度薄椭圆柱壳的自由振动特性。采用三阶Bézier曲线拟合技术,对ANCF矩形壳单元初始周向切矢量和周向弧长进行了计算,从而避免了椭圆积分计算,增加了拟合精度。从动能表达式和格林应变张量与绝对位移的函数关系出发,推导了功能梯度薄椭圆柱壳单元的广义质量矩阵、广义弹性力列阵和广义刚度矩阵。利用达朗贝尔原理,建立了其非线性动力学微分方程组。在系统的平衡位置处,通过引入广义坐标的微小变化量,建立了功能梯度薄椭圆柱壳的线性运动微分方程方程组。通过数值计算,分析了梯度指标、椭圆截面偏心率及长径比对两端简支功能梯度薄椭圆柱壳固有频率的影响。结果表明,材料的弹性模量比、密度比和梯度指标对固有频率有着明显的影响;不锈钢-氧化铝壳的各阶固有频率(周向波数为1~3)随长径比的增大而减小;周向波数为1对应的固有频率随偏心率的增大而增大,且长径比是影响固有频率变化的主要因素。 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 功能梯度材料 薄椭圆柱壳 振动特性
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环形温度场对于旋转圆锯片临界转速的影响
7
作者 肖苏伟 曹建华 +3 位作者 范博 粟鑫 吴思浩 邓祥丰 《林产工业》 北大核心 2025年第5期30-38,共9页
圆锯片是重要的林业生产工具,其临界转速会直接影响林木锯割精度和安全生产。圆锯片在高速切削过程中,会产生环形分布的温度场,促使其产生热应变,进而改变临界转速。在绝对节点坐标法工作框架内,提出了含有温度及温度变化梯度的新型环... 圆锯片是重要的林业生产工具,其临界转速会直接影响林木锯割精度和安全生产。圆锯片在高速切削过程中,会产生环形分布的温度场,促使其产生热应变,进而改变临界转速。在绝对节点坐标法工作框架内,提出了含有温度及温度变化梯度的新型环扇热力耦合单元。利用该单元根据虚功原理,建立了考虑环形温度场的圆锯片非线性动力学微分方程,进而推导了圆锯片的临界转速方程,并分析了环形温度场对临界转速的影响。研究结果可为圆锯片的安全使用提供参考。 展开更多
关键词 环形温度场 绝对节点坐标法 高速旋转 临界转速 绝对节点坐标法
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基于ALE-ANCF方法的卷曲展开机构动力学建模与分析
8
作者 黄斐 袁婷婷 刘锦阳 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期131-142,共12页
针对含复杂的多区域接触的卷曲展开机构,该研究将其简化为带刚性转盘的变长度柔性构件,建立多体系统动力学模型,以实现高效仿真。首先,基于任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法对变长度梁进行建模;然后,将复杂接触问题简化为移动边... 针对含复杂的多区域接触的卷曲展开机构,该研究将其简化为带刚性转盘的变长度柔性构件,建立多体系统动力学模型,以实现高效仿真。首先,基于任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法对变长度梁进行建模;然后,将复杂接触问题简化为移动边界的约束关系,给出一种增删节点处理方法,有效解决了单元长度变化引起的奇异和精度问题,在此基础上建立了刚-柔耦合多体系统的动力学模型,用隐式算法实现了动力学方程的数值求解。通过滑绳和动滑轮算例验证了建模方法的有效性;最后,建立了卷曲机构充气展开系统的简化动力学模型,该模型采用任意拉格朗日-欧拉法移动网格实时跟踪卷曲机构的位置,精准捕捉移动边界点,从而高效确定接触行为。分析了气压力与黏附力对展开动力学特性的影响,通过控制黏附力分布,实现了卷曲机构的匀速展开,对工程实际具有参考价值。 展开更多
关键词 变长度梁 任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法 卷曲展开机构 动力学建模 移动边界约束方程
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配置节点策略的绝对节点坐标平面梁单元
9
作者 王佳 张钰龙 王腾飞 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1405-1411,共7页
针对传统绝对节点坐标梁单元计算效率和收敛率较低的问题,本文提出了基于配置节点策略的绝对节点坐标有限元多节点平面梁单元的构建方法。单元位移场采用非均布的P阶勒让德多项式二阶导数的零点和单元边界点作为节点进行离散插值,单元... 针对传统绝对节点坐标梁单元计算效率和收敛率较低的问题,本文提出了基于配置节点策略的绝对节点坐标有限元多节点平面梁单元的构建方法。单元位移场采用非均布的P阶勒让德多项式二阶导数的零点和单元边界点作为节点进行离散插值,单元的弹性能和动能采用P点的龙贝格数值积分算法进行计算,这种配置使单元节点与数值积分点重合。采用P-1阶拉格朗日插值函数建立单元的位移场,使用增强的连续介质力学方法推导单元的弹性力及刚度阵,基于配置节点策略,推导了多节点绝对节点坐标平面梁单元。通过经典算例分析,验证了该单元在静力学及动力学方面的表现,讨论了单元的收敛性、精确性及计算效率。 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 配置节点策略 配置节点绝对节点坐标梁单元 多节点梁单元 增强连续介质力学 p-细化方法 勒让德多项式 拉格朗日插值
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基于绝对节点坐标法的架空线断线工况动力学计算
10
作者 杨文刚 李润泽 刘岩 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期118-125,145,共9页
为了计算架空线断线工况下的动力学变化特性,考虑架空线的绞制几何结构及其初始构型的布置特点,以绝对节点坐标法为基础,建立了架空线单元,推导了架空线单元的质量矩阵和弹性力矩阵,给出了架空线的系统动力学方程。针对钢芯铝绞线的绞... 为了计算架空线断线工况下的动力学变化特性,考虑架空线的绞制几何结构及其初始构型的布置特点,以绝对节点坐标法为基础,建立了架空线单元,推导了架空线单元的质量矩阵和弹性力矩阵,给出了架空线的系统动力学方程。针对钢芯铝绞线的绞制几何结构,给出了其对应的轴向、弯曲刚度计算公式。通过仿真计算得到线缆的运动图像,设计试验验证了算法模型的可靠性。结合实际架空线初始位形和初始应力特点,对不同初始应力下的架空线断线工况动力学问题进行仿真分析,绘制了悬挂点处的受力时程曲线并对曲线进行了频谱分析,研究了初始应力对断裂架空线运动过程以及悬挂点受力的影响规律。 展开更多
关键词 架空线断线 钢芯铝绞线 刚度修正 绝对节点坐标法 动力学仿真计算
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一种新开发的ANCF缆索单元 被引量:2
11
作者 郑茂盛 陈建平 童明波 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第8期3063-3071,共9页
为精确模拟系浮系统中系留缆索的动力学行为,应用绝对节点坐标公式(absolute nodal coordinate formulation,ANCF),开发一种新的ANCF缆索单元。该单元考虑了缆索的层级数目、各层材料的力学性能,并通过子域划分来更好地适应材料的层间... 为精确模拟系浮系统中系留缆索的动力学行为,应用绝对节点坐标公式(absolute nodal coordinate formulation,ANCF),开发一种新的ANCF缆索单元。该单元考虑了缆索的层级数目、各层材料的力学性能,并通过子域划分来更好地适应材料的层间差异。其中,利用Kelvin-Voigt模型来解释内芯层的黏弹性性质,而将改进后的Yeoh模型应用于护套层当中以更好地契合材料的超弹性性能。此外,设计一种具有隐式效果的差分格式对动力学微分方程组进行数值求解。最后,通过一系列静力学与动力学数值计算证明单元的精度与收敛特性,并对比几种应用不同超弹性模型的ANCF单元,证实应用改进的Yeoh模型的ANCF单元的合理性与优越性。 展开更多
关键词 绝对节点坐标公式(ANCF) 缆索单元 改进的Yeoh模型 超弹性 差分格式
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超大型多模块结构组装过程动力学与姿态控制 被引量:3
12
作者 符康琦 张乐榕 +3 位作者 李庆军 邓子辰 吴志刚 蒋建平 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期446-459,共14页
机器人在轨自主组装是未来建造超大型航天结构最具潜力的方式.超大型结构通常包含多个模块,需要机器人在柔性结构上反复进行抓捕、安装和爬行等操作.此外,组装过程中结构还受到空间环境干扰力的影响,需要经历构型的增长和参数的变化,导... 机器人在轨自主组装是未来建造超大型航天结构最具潜力的方式.超大型结构通常包含多个模块,需要机器人在柔性结构上反复进行抓捕、安装和爬行等操作.此外,组装过程中结构还受到空间环境干扰力的影响,需要经历构型的增长和参数的变化,导致其动力学行为非常复杂.为了研究机器人空间组装超大型多模块结构的过程,提出了一套轨道-姿态-结构耦合动力学、规划与控制的仿真框架.首先,采用自然坐标法和绝对节点坐标法建立主结构、空间机器人和组装模块的轨道-姿态-结构耦合动力学模型,采用Kelvin-Voigt线性弹簧阻尼模型描述机器人末端夹持机构和模块对接机构的接触碰撞.然后,对机器人进行运动规划、轨迹规划和关节轨迹跟踪控制研究.最后,采用不同的组装姿态和不同的姿态控制方案对组装过程进行动力学仿真.仿真结果表明,由于质心位置的改变和组装模块的轨道差异,主结构在组装过程中可能会出现显著的轨道漂移(取决于组装姿态).如果模块沿轨道半径方向组装到主结构,将导致组装过程长半轴和离心率出现快速增长;反之,如果模块沿轨道切向组装,长半轴和离心率基本保持不变.此外,即使采用了万有引力梯度稳定的组装姿态,仍需进行姿态控制和结构振动控制,以减小结构振动幅值,降低机器人与结构的碰撞风险,提高组装精度和组装效率. 展开更多
关键词 超大型航天器 空间机器人 空间组装 刚柔耦合动力学 绝对节点坐标法
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考虑径向间隙的高速旋转柔性圆锯片的振动特性分析
13
作者 范博 曹建华 +2 位作者 粟鑫 肖苏伟 邓祥丰 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第36期15334-15344,共11页
电圆锯是重要的林间锯割作业工具,圆锯片振动特性直接影响了电圆锯的使用寿命和安全操作。为了便于圆锯片的安装和拆卸,圆锯片通过轴孔间隙配合与刀架进行连接,这种配合方式不能使用简支或者固支边界条件进行准确的表述。在具有随动坐... 电圆锯是重要的林间锯割作业工具,圆锯片振动特性直接影响了电圆锯的使用寿命和安全操作。为了便于圆锯片的安装和拆卸,圆锯片通过轴孔间隙配合与刀架进行连接,这种配合方式不能使用简支或者固支边界条件进行准确的表述。在具有随动坐标系的绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation, ANCF)框架下,利用空间环扇单元建立高速柔性高速旋转柔性圆锯片模型,并引入含径向间隙的弹簧约束单元对间隙配合边界条件进行模拟,考虑旋转运动中广义离心力和克氏力,根据达朗贝尔原理建立高速旋转柔性圆锯片模型的非线性动力学微分方程。通过与其他文献进行对比,验证高速旋转柔性圆锯片模型的有效性,并分析配合间隙,旋转速度和几何形状对圆锯片振动特性和临界转速的影响。 展开更多
关键词 径向间隙 绝对节点坐标法(ANCF) 高速旋转 振动特性
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变长度加油软管系统动力学建模及运动特性分析
14
作者 赵文碧 张泽华 +3 位作者 赵瑛 杨骕 屈耀红 席庆彪 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期920-928,共9页
空中加油过程中,软管锥套受复杂气流干扰发生飘摆运动,同时在受油机的撞击作用下可产生甩鞭现象,严重制约了空中加油的成功率及安全性。为了研究软管锥套系统的运动特性,基于绝对节点坐标方法建立变长度软管动力学模型。同时考虑软管材... 空中加油过程中,软管锥套受复杂气流干扰发生飘摆运动,同时在受油机的撞击作用下可产生甩鞭现象,严重制约了空中加油的成功率及安全性。为了研究软管锥套系统的运动特性,基于绝对节点坐标方法建立变长度软管动力学模型。同时考虑软管材质的阻尼特性、加油吊舱卷盘机构的收放运动、加油过程中存在的紊流及尾涡等风场环境,根据多体系统动力学建模理论,获得软管复杂风场下加油锥套系统动力学模型。利用有限元分析软件ANSYS仿真及Simulink数值计算对软管平稳拖曳状态下锥套的下沉量进行模拟,同时将锥套平稳拖曳阻力Simulink数值结果与NASA公开数据资料进行比较,说明所提建模方法的准确性和可行性。通过数值仿真,确定了不同飞行高度/飞行速度下加油软管的稳定拖曳状态,分析了不同对接速度下软管甩鞭动力学特性,验证了不同测力反馈点对甩鞭抑制效果的影响。 展开更多
关键词 软式空中加油 绝对节点坐标法 多体动力学建模 复杂风场 甩鞭现象
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基于多场耦合建模的航天器控制与仿真技术研究
15
作者 蔡陈生 朱庆华 +1 位作者 唐育聪 张彦权 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第5期84-91,共8页
为进一步提高空间多场耦合影响下复杂结构航天器的控制性能,研究热辐射环境下航天器精细化建模、控制与仿真技术.基于绝对节点坐标法,构建温度场和位移场相统一的薄板有限元单元,以避免不同物理场下网格不匹配引入的映射误差问题,在此... 为进一步提高空间多场耦合影响下复杂结构航天器的控制性能,研究热辐射环境下航天器精细化建模、控制与仿真技术.基于绝对节点坐标法,构建温度场和位移场相统一的薄板有限元单元,以避免不同物理场下网格不匹配引入的映射误差问题,在此基础上,考虑材料泊松比随温度的变化规律,建立位移与温度双向耦合的航天器刚-柔-热动力学模型,并针对性设计多频段扰动主动抑制的高阶控制算法,利用宽频测量与宏微结合的分布式作动控制方案,在数学仿真中实现转动惯量为104 kg·m^(2)量级的挠性航天器在姿态机动(8°/25 s)工况下控制稳定度优于5×10^(-6)(°)/s的指标.同时,基于三轴气浮运动模拟器、柔性载荷模拟器及热辐射环境模拟器构建了刚-柔-热耦合的姿态控制全物理试验平台,对系统模型仿真结果进行了标校,验证了基于有限元建模与控制一体化仿真的工程可行性. 展开更多
关键词 复杂结构航天器 多场耦合建模 绝对节点坐标法 高阶控制器 全物理试验
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空间机械臂建模方法与控制策略研究 被引量:19
16
作者 荣吉利 杨永泰 +2 位作者 李健 胡成威 刘宾 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1564-1569,共6页
针对刚柔耦合空间机械臂动力学建模中对柔性体采用的传统描述方法(有限元法、模态综合法以及集中参数法等)并不足以精确描述柔性大变形的问题,采用绝对节点坐标法描述柔性体,采用自然坐标法描述刚性体,建立了末端带集中质量的双连杆柔... 针对刚柔耦合空间机械臂动力学建模中对柔性体采用的传统描述方法(有限元法、模态综合法以及集中参数法等)并不足以精确描述柔性大变形的问题,采用绝对节点坐标法描述柔性体,采用自然坐标法描述刚性体,建立了末端带集中质量的双连杆柔性机械臂的动力学模型并且研究了机械臂的空间定位问题。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,开发了计算程序,实现了动力学方程的高效精确数值求解。针对机械臂的空间定位以及柔性变形问题,提出了一种运动规划方案,采用PD控制策略,实现了机械臂的运动跟踪控制;仿真结果表明:提出的运动规划方案能有效地减弱机械臂的柔性变形。 展开更多
关键词 自然坐标方法 绝对节点坐标方法 机械臂 运动规划 PD控制策略
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柔性多体系统动力学绝对节点坐标方法研究进展 被引量:44
17
作者 田强 张云清 +1 位作者 陈立平 覃刚 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期189-202,共14页
阐述了多体系统动力学理论的研究背景,指出了多种传统的柔性多体系统动力学研究方法的不足.系统地从4个方面回顾了柔性多体系统动力学绝对节点坐标方法诞生十几年以来的研究进展,即:单元研究进展、系统动力学方程求解数值算法研究进展... 阐述了多体系统动力学理论的研究背景,指出了多种传统的柔性多体系统动力学研究方法的不足.系统地从4个方面回顾了柔性多体系统动力学绝对节点坐标方法诞生十几年以来的研究进展,即:单元研究进展、系统动力学方程求解数值算法研究进展、非线性材料多体系统动力学研究进展以及相关的应用研究进展.最后提出了值得进一步研究的问题. 展开更多
关键词 柔性多体系统 绝对节点坐标方法 数值算法 非线性材料
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ANCF索梁单元应变耦合问题与模型解耦 被引量:7
18
作者 张越 赵阳 +1 位作者 谭春林 刘永健 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1406-1415,共10页
索粱结构在土木工程、航空航天等领域有着广泛的应用.在各类索梁动力学建模方法中,由于绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)能够描述柔性体的大变形和大转动问题,因此非常适合大变形索梁结构的动力学建模.对... 索粱结构在土木工程、航空航天等领域有着广泛的应用.在各类索梁动力学建模方法中,由于绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)能够描述柔性体的大变形和大转动问题,因此非常适合大变形索梁结构的动力学建模.对绝对节点坐标索梁单元的应变进行分析可知,弯曲变形会引起单元内部轴向应变的不均匀分布,即单元轴向应变与弯曲应变相互耦合.这种应变耦合效应使单元产生伪应变能,导致单元刚度增大,造成单元失真.分析不同弯曲角下的单元应变及应变能可知,弯曲变形越大,单元失真越严重.通过构造等效一维杆单元重新描述轴向应变,实现了轴向应变与弯曲应变解耦.在此基础上推导广义弹性力,得到了绝对节点坐标索梁单元的应变解耦模型.对解耦前后的两种梁模型进行静力学和动力学仿真,结果表明;解耦模型消除了单元伪应变,相比原模型表现出更好的收敛性和曲率连续性,在相同单元数目下具有更高的精度.同时由于解耦模型降低了单元刚度,因此相比原模型,速度曲线中不再有高频振动. 展开更多
关键词 绝对节点坐标 应变耦合 曲率连续性
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基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学高效计算方法 被引量:36
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作者 刘铖 田强 胡海岩 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期1197-1205,共9页
绝对节点坐标法已经被广泛应用于柔性多体系统的动力学研究之中,但是其计算效率问题尚未得到很好的解决.基于绝对节点坐标方法计算弹性力及其对广义坐标的偏导数矩阵(Jacobi矩阵),通常是基于第二类Piola-Kirchhoff应力张量来完成,计算... 绝对节点坐标法已经被广泛应用于柔性多体系统的动力学研究之中,但是其计算效率问题尚未得到很好的解决.基于绝对节点坐标方法计算弹性力及其对广义坐标的偏导数矩阵(Jacobi矩阵),通常是基于第二类Piola-Kirchhoff应力张量来完成,计算效率不高.根据虚功原理并采用第一类Piola-Kirchhoff应力张量的方法直接推导得到了弹性力及其Jacobi矩阵的解析表达式.基于不同方法所得的数值算例结果对比研究表明,该方法可使计算效率大大提高. 展开更多
关键词 绝对节点坐标法 多柔体系统 JACOBI矩阵 第一类Piola-Kirchhoff应力张量
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绳系空间太阳能电站动力学响应分析 被引量:14
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作者 魏乙 邓子辰 +1 位作者 李庆军 张凯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1041-1048,共8页
利用绝对节点坐标方法研究绳系空间太阳能电站在轨飞行的太阳能电池板动力响应。通过勒让德变换引入广义动量,在约束哈密尔顿体系下建立轨道、姿态和弹性振动耦合的动力学方程。基于祖冲之类方法的思想,结合辛龙格-库塔方法对微分-代数... 利用绝对节点坐标方法研究绳系空间太阳能电站在轨飞行的太阳能电池板动力响应。通过勒让德变换引入广义动量,在约束哈密尔顿体系下建立轨道、姿态和弹性振动耦合的动力学方程。基于祖冲之类方法的思想,结合辛龙格-库塔方法对微分-代数方程进行数值求解。数值算例说明本文建模方法和数值算法都是有效的,能很好地保持系统约束和能量。最后分析了绳长、平台系统的质量、轨道高度对于梁中点挠度和轴向平均应变的影响。 展开更多
关键词 微分-代数方程 绝对节点坐标方法 祖冲之类方法 约束哈密尔顿系统
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