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

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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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基于绝对节点坐标方法的压发装置建模与优化

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作者 水小平 王斌 +3 位作者 马士洲 胡德强 程万影 刘铖 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期36-44,共9页

研究压发装置的精确建模与产品性能优化问题.基于绝对节点坐标方法的缩减板单元对压发装置电路板进行建模,通过实验确定电路板的材料参数及支撑弹簧与触发装置的非线性刚度特性,采用非线性力–位移关系建立了支撑弹簧与触发装置力学模型... 研究压发装置的精确建模与产品性能优化问题.基于绝对节点坐标方法的缩减板单元对压发装置电路板进行建模,通过实验确定电路板的材料参数及支撑弹簧与触发装置的非线性刚度特性,采用非线性力–位移关系建立了支撑弹簧与触发装置力学模型,搭建了压发装置结构的精确有限元模型;设计了压发装置加载实验系统,采用实验数据验证了上述有限元模型的正确性.根据目标触发载荷范围,优化了压发装置中支撑弹簧的刚度及长度参数.数值模拟直接指导了压发装置参数设计,并已成功应用于型号研制. 展开更多

关键词 绝对节点坐标方法 压发装置 加载实验系统 参数优化

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基于绝对节点坐标方法的柔顺机构动力学建模与仿真 被引量：5

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作者 张志刚 周翔 +1 位作者 房占鹏 肖艳秋 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2020年第2期50-55,共6页

采用绝对节点坐标方法系统地研究了大变形柔顺杆的建模问题,建立了柔顺机构刚柔耦合动力学方程。在充分考虑柔顺杆与外部连接处变形特征基础上,提出了含端部变形约束的绝对节点坐标梁单元。应用闭锁问题缓解方法,考察了绝对节点坐标梁... 采用绝对节点坐标方法系统地研究了大变形柔顺杆的建模问题,建立了柔顺机构刚柔耦合动力学方程。在充分考虑柔顺杆与外部连接处变形特征基础上,提出了含端部变形约束的绝对节点坐标梁单元。应用闭锁问题缓解方法,考察了绝对节点坐标梁单元闭锁现象对柔顺机构动力学仿真的影响。最后通过数值算例检验了绝对节点坐标方法对于柔顺机构动力学问题的精确性和有效性。 展开更多

关键词 柔顺机构 绝对节点坐标方法 大变形 刚柔耦合 动力学仿真

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绝对节点坐标方法的模型降噪研究 被引量：2

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作者 张志刚 周翔 +2 位作者 毛红生 王胜永 宋慧涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期139-146,169,共9页

绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)已成功应用于大变形柔性多体系统动力学问题的建模与仿真分析,但由于节点参数多且自身包含复杂高阶模态,其系统动力学方程的刚性问题突出。目前广泛采用的隐式算法的核心... 绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)已成功应用于大变形柔性多体系统动力学问题的建模与仿真分析,但由于节点参数多且自身包含复杂高阶模态,其系统动力学方程的刚性问题突出。目前广泛采用的隐式算法的核心步骤是通过数值阻尼滤除高频响应,但求解效率仍难以令人满意。基于在建模中滤除高频分量的思想,用一小段时间区间内的平均应力代替弹性力虚功率中的瞬时应力,推导了包含附加惯性项和附加阻尼项的绝对节点坐标单元模型降噪列式。通过调整平均应力所在时间区间长度参数即可消除系统方程的过高频率,使常规显式算法也能应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明采用绝对节点坐标单元模型降噪列式可极大降低数值仿真求解难度,在保证计算精度的同时计算效率得到大幅提升。 展开更多

关键词 绝对节点坐标方法(ANCF) 高频 刚性问题 数值阻尼 弹性力虚功率

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空间机械臂建模方法与控制策略研究 被引量：19

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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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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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空间大型末端执行器柔性绳索捕获动力学研究 被引量：6

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作者 荣吉利 辛鹏飞 +2 位作者 诸葛迅 杨永泰 项大林 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1730-1737,共8页

针对绳索式末端执行器缠绕及捕获卫星过程中的动力学问题,采用绝对节点坐标方法描述横观各向同性柔性绳索的缠绕运动,及卡尔丹角描述刚体卫星的姿态运动,并引入绳索与目标间的非线性动力学模型,建立包含末端执行器固定环和旋转环、绳索... 针对绳索式末端执行器缠绕及捕获卫星过程中的动力学问题,采用绝对节点坐标方法描述横观各向同性柔性绳索的缠绕运动,及卡尔丹角描述刚体卫星的姿态运动,并引入绳索与目标间的非线性动力学模型,建立包含末端执行器固定环和旋转环、绳索及被捕获卫星抓杆在内的刚柔耦合动力学模型。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,利用Matlab开发了计算程序,实现动力学方程的高效精确数值求解。计算结果表明:此模型能较好地模拟柔性绳索缠绕及捕获卫星的过程,同时给出捕获过程中卫星姿态的变化及绳索的运动和受力情况,为实际工程中捕获机构的设计和试验提供一定的参考依据。 展开更多

关键词 航空 航天科学技术基础学科 捕获动力学 柔性绳索 卫星姿态 刚柔耦合 绝对节点坐标方法

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柔性多体系统中间隙铰接副的磨损预测 被引量：4

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作者 赵波 戴旭东 +1 位作者 张执南 谢友柏 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期638-644,共7页

通过集成磨损计算与柔性多体动力学,对柔性系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入连续接触力模型计算间隙铰接副部分的接触力,并采用Archard磨损模型的迭代磨损计算程... 通过集成磨损计算与柔性多体动力学,对柔性系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入连续接触力模型计算间隙铰接副部分的接触力,并采用Archard磨损模型的迭代磨损计算程序预测磨损.为了得到在不同接触情况下的磨损系数,本文中采用了径向基神经网络处理试验数据.通过对含柔性连杆的曲柄滑块机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力大幅降低,且预测的磨损量也略有降低,这种区别会随着仿真时间的增加而变得更加明显. 展开更多

关键词 磨损预测 间隙铰接副 径向基神经网络 柔性多体动力学 绝对节点坐标方法

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柔性对多体系统中铰接副磨损的影响 被引量：4

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作者 赵波 戴旭东 +2 位作者 张执南 谢友柏 于海洋 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期705-714,共10页

通过集成柔性多体动力学与磨损计算程序,提出了一种用于对柔性多体系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测的方法.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入Lankanrani和Nikravesh提出的连续接触力模型计算间隙铰... 通过集成柔性多体动力学与磨损计算程序,提出了一种用于对柔性多体系统中间隙铰接副部位的磨损进行了预测的方法.基于绝对节点坐标方法(ANCF)建立了柔性部件的多体动力学模型,引入Lankanrani和Nikravesh提出的连续接触力模型计算间隙铰接副部分的法向接触力,采用Lu Gre摩擦模型计算切向摩擦力,并利用基于Archard模型的迭代计算程序计算磨损.为了提高计算效率,引入了并行计算策略.最后,通过对一个含柔性连杆的曲柄滑块机构机构进行仿真计算,发现当考虑部件的柔性时,得到的间隙处的冲击力会大幅降低,预测的磨损量也随之降低,并且随着机构柔性的增强,这种效果更为明显. 展开更多

关键词 磨损预测 间隙铰接副 柔性多体动力学 绝对节点坐标方法

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大型航天器结构的热致振动研究 被引量：10

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作者 沈振兴 胡更开 《载人航天》 CSCD 2016年第1期117-125,共9页

多数航天器在轨服役期间会受到冷热交变热辐射载荷作用而出现热致振动问题,因此,在结构设计阶段准确地预测热诱发的航天器动力学行为至关重要。基于绝对节点坐标方法,并采用耦合的热-结构分析模型,建立了可以对大范围运动的薄壁管和复... 多数航天器在轨服役期间会受到冷热交变热辐射载荷作用而出现热致振动问题,因此,在结构设计阶段准确地预测热诱发的航天器动力学行为至关重要。基于绝对节点坐标方法,并采用耦合的热-结构分析模型,建立了可以对大范围运动的薄壁管和复合材料层合板进行热-动力学耦合系统分析的非线性有限单元,同时基于浓缩的形函数推出了非线性弹性力的高效计算公式。利用所建单元,针对受到太阳辐射热冲击载荷作用的航天器结构展开研究。首先,研究了经典的悬臂梁和板结构的热致振动,其位移响应都出现了不稳定的热颤振现象,并从热弯矩做功角度解释了产生热颤振的原因;然后,又研究了UARS卫星和Ulysses自旋稳定航天器的热致振动,将它们简化为刚-柔耦合的多体系统动力学模型,UARS的加速度响应出现了热跳变现象,而Ulysses的姿态角响应出现了热拍现象;最后,研究了大型环状天线的桁架结构及其支撑机械臂结构,热变形和振动幅值都较小,即结构较稳定。 展开更多

关键词 航天器结构 热致振动 绝对节点坐标方法 耦合热-结构动力学分析

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基于ANCF的薄膜太阳帆自旋展开动力学模拟 被引量：2

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作者 薛鹏聪 刘铖 水小平 《深空探测学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第2期217-229,共13页

执行深空探测任务的薄膜太阳帆在入轨展开过程中,其薄膜结构在宏观力学响应上表现出显著的拉压不对称特性。系统的动力学行为呈现出强烈的非线性特征,使其动力学建模与仿真计算面对巨大挑战。基于绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coord... 执行深空探测任务的薄膜太阳帆在入轨展开过程中,其薄膜结构在宏观力学响应上表现出显著的拉压不对称特性。系统的动力学行为呈现出强烈的非线性特征,使其动力学建模与仿真计算面对巨大挑战。基于绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF),整合张力场和不同模量弹性理论,推导了单元精确的切线刚度矩阵,提出了一种考虑不同模量的ANCF薄膜单元计算方法。在此基础上,采用第一类拉格朗日方程对薄膜太阳帆进行动力学建模,并通过可控数值耗散的广义-α算法求解动力学方程,分析了太阳帆不同结构设计参数对其展开动力学特性的影响。仿真结果验证了该方法在处理空间薄膜问题时的算法稳定性和高效性,对大型帆膜结构的系统设计有理论指导意义。 展开更多

关键词 绝对节点坐标方法 薄膜结构 不同模量弹性理论

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热-动力学耦合多体系统建模与降阶

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作者 田青龙 於祖庆 +1 位作者 兰朋 陆念力 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2588-2600,共13页

在轨运行的卫星天线受到太阳辐射热冲击后容易出现热致振动或指向不准确等问题,严重时会导致航天器失效.本文提出了一种基于改进模态综合法的刚柔热耦合多体系统建模与降阶方法.采用绝对节点坐标法单元形函数对柔性天线的位移场与温度... 在轨运行的卫星天线受到太阳辐射热冲击后容易出现热致振动或指向不准确等问题,严重时会导致航天器失效.本文提出了一种基于改进模态综合法的刚柔热耦合多体系统建模与降阶方法.采用绝对节点坐标法单元形函数对柔性天线的位移场与温度场进行统一离散插值,避免了两种物理场网格不匹配带来的映射误差与效率问题,并使用绝对节点坐标参考节点描述中心刚体.在系统方程中考虑了热流输入和表面自热辐射.针对绝对节点坐标法切线刚度阵高度非线性的特点,利用一阶泰勒展开对系统动力学和传热学方程进行了分段线性化,在线性化区间内切线刚度矩阵为常数矩阵,避免了每个时间步上的弹性力及其雅克比矩阵的迭代计算,并使得基于模态的降阶手段得以应用.利用改进的模态综合方法划分子结构并缩减系统自由度.相邻子结构之间通过约束方程保证连接精度和连续性.通过纯导热半圆形薄板、薄板的热膨胀、柔性太阳能电池板和刚柔热耦合抛物线天线四个数值算例验证本文所提出方法的有效性.结果表明,本文提出的方法在保证仿真精度的前提下缩减了系统规模,提高了仿真计算效率. 展开更多

关键词 绝对节点坐标方法 模态综合法 刚柔热耦合 模型降阶

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求解大柔度梁/绳索的ANCF单元及隐式迭代格式

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作者 罗鑫 魏泳涛 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期126-132,共7页

为模拟大柔度梁/绳索结构的变形和大范围运动,基于绝对节点坐标方法ANCF(Absolute nodal coordinate formulation)和HHT(Hilber-Hughes-Taylor)积分方法,建立了ANCF单元的隐式动力学迭代格式。得到了简洁的节点等效力向量,且进一步导出... 为模拟大柔度梁/绳索结构的变形和大范围运动,基于绝对节点坐标方法ANCF(Absolute nodal coordinate formulation)和HHT(Hilber-Hughes-Taylor)积分方法,建立了ANCF单元的隐式动力学迭代格式。得到了简洁的节点等效力向量,且进一步导出了切线刚度矩阵的全部公式,并基于罚方法实现了对不同ANCF单元的铰接和刚性连接。分别对弦振动、双杆摆和T字摆、柔绳进行了数值模拟,数值结果与理论解及已有结果吻合良好,验证了本文方法的正确性。 展开更多

关键词 大柔度梁/绳索 绝对节点坐标方法 节点等效力 切线刚度矩阵 铰链/刚性连接

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