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黏滑摩擦的光滑化互补模型及其在摩擦摆隔震支座中的应用
1
作者 吴阳 张楠 +3 位作者 张欣刚 张树翠 毕皓皓 姚文莉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期272-280,324,共10页
为研究摩擦摆隔震支座在地震作用下的黏滑摩擦响应问题,提出一种处理非光滑黏滑摩擦问题的光滑化模型。首先,基于线性互补理论构建摩擦力余量和相对滑移速度的互补方程。其次,在短时区间内对相对滑移速度进行时间平均,利用时均滑移速度... 为研究摩擦摆隔震支座在地震作用下的黏滑摩擦响应问题,提出一种处理非光滑黏滑摩擦问题的光滑化模型。首先,基于线性互补理论构建摩擦力余量和相对滑移速度的互补方程。其次,在短时区间内对相对滑移速度进行时间平均,利用时均滑移速度代替时变滑移速度重构互补变量,并将其转化为一组非线性互补方程,从而将非光滑的黏滑摩擦问题进行光滑化处理。随后,将摩擦摆隔震支座等效为一种考虑恢复力效应的2维摩擦耦合模型,结合所提光滑化模型进行地震响应分析,并与经典的Coulomb摩擦模型和LuGre摩擦模型进行了对比验证。研究结果表明,所提模型既能够在宏观上反映黏滑摩擦的stick-slip切换,同时还能实现非光滑问题的光滑化分析,避免在非光滑事件中频繁切换动力学模型。采用不同摩擦模型对摩擦摆隔震支座的地震响应进行计算,验证了所提模型的准确性和有效性。 展开更多
关键词 非线性互补(NLCP) 黏滞-滑移 模型光滑化方法 摩擦摆隔震支座(FPB)
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引线键合界面切向接触的黏滞-微滑移临界转换位置和能量耗散特性研究
2
作者 温琪 孙韵韵 巫世晶 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2674-2682,共9页
针对键合界面的黏滞-微滑移接触现象,基于黏滞-微滑移临界位置的连续变形条件和边界条件,建立键合界面切向接触的数学模型;推导出键合界面切向接触不同位置的变形量,研究法向键合力和超声切向力对界面黏滞-微滑移临界转换位置和能量耗... 针对键合界面的黏滞-微滑移接触现象,基于黏滞-微滑移临界位置的连续变形条件和边界条件,建立键合界面切向接触的数学模型;推导出键合界面切向接触不同位置的变形量,研究法向键合力和超声切向力对界面黏滞-微滑移临界转换位置和能量耗散的影响规律。研究结果表明:当增大超声切向力或减小法向键合力时,界面切向变形量呈非线性增加,微滑区自边缘向内延展,引线键合界面的黏滞区半径减小;当界面中心位置刚度等于单位刚度时,黏滞区半径与法向键合力呈正相关,与超声切向力呈负相关;当键合界面切向接触变形量增加时,微滑移区域产生的能量耗散呈非线性上升。 展开更多
关键词 键合界面 黏滞-微滑移 切向变形量 能量耗散
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平面接触运动干摩擦阻尼器的微滑移数值模型 被引量：2
3
作者 蔺彦虎 秋朋园 +1 位作者 汪久根 张靖 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期18-27,共10页
为克服宏滑移模型无法计及阻尼器柔性及一维微滑移模型对运动维度和激励时变性限制,考虑阻尼器自身柔性,将阻尼器离散,在其接触面节点安置滞后弹簧单元,形成干摩擦阻尼器的平面微滑移数值模型。模型应用滞后弹簧元族模拟摩擦接触面局部... 为克服宏滑移模型无法计及阻尼器柔性及一维微滑移模型对运动维度和激励时变性限制,考虑阻尼器自身柔性,将阻尼器离散,在其接触面节点安置滞后弹簧单元,形成干摩擦阻尼器的平面微滑移数值模型。模型应用滞后弹簧元族模拟摩擦接触面局部黏-滑效应。求解模型时,离散外部激励历程,用状态向量标定阻尼器局部黏滞-滑移-分离特征;运用数值累积方法对接触摩擦面局部状态持续跟踪,跟踪过程依据接触面黏滞-滑移-分离转化判据持续修正位移、摩擦力及运动状态向量,最终得到稳定的触点位移-干摩擦力滞回曲线。阻尼器法向载荷较大时,共振频响结果显示,应用平面运动微滑移模型的位移频响较宏滑移模型位移频响计算结果差异明显,在共振频率点,宏滑移模型频响结果为0.049 m,而微滑移模型结果为0.038 m,相差22.4%,微滑移模型求解结果更趋近于实验结果。 展开更多
关键词 干摩擦 平面微滑移模型 触点 黏滞-滑移-分离 频响
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含摩擦界面复合材料输流管道非线性振动分析 被引量：1
4
作者 乔逸飞 瞿叶高 +1 位作者 高鹏林 彭志科 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3312-3323,共12页
针对含摩擦界面复合材料输流管道流固耦合动力学问题,基于Reissner薄壳理论和对流波动方程建立了纤维增强复合材料管道和流体介质的动力学方程,采用宏观滑移摩擦模型刻画管道摩擦界面上的非线性摩擦力分布,发展轴对称半解析有限元方法... 针对含摩擦界面复合材料输流管道流固耦合动力学问题,基于Reissner薄壳理论和对流波动方程建立了纤维增强复合材料管道和流体介质的动力学方程,采用宏观滑移摩擦模型刻画管道摩擦界面上的非线性摩擦力分布,发展轴对称半解析有限元方法来构建含摩擦界面复合材料输流管道非线性动力学模型,研究了流体载荷和摩擦界面等对管道非线性振动响应的影响.结果表明,含摩擦界面复合材料输流管道摩擦界面上点的滞回曲线由两个对称的黏滞区域和两个对称的滑移区域组成,摩擦界面的黏滞-滑移切换导致输流管道振动响应除包含激励频率外,还包含一系列奇次超谐波;随着界面摩擦系数增大,输流管道基频处的轴向振幅减小,法向振幅增大,而3次超谐波处的轴向及法向振幅先增大后减小;随着界面摩擦刚度增大,输流管道基频及3次超谐波处的轴向振幅先减小后增大;来流速度主要影响含摩擦界面输流管道的法向振动,对管道的轴向振动影响很小. 展开更多
关键词 复合材料输流管道 摩擦界面 黏滞-滑移运动 非线性振动 半解析有限元方法
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考虑压强、速率影响的FPS材料动摩擦试验与模拟研究 被引量：1
5
作者 李宁 王徐 李忠献 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期155-162,292,共9页
滑动摩擦摆(friction pendulum system,FPS)支座具有良好的隔震与自复位性能在工程中应用广泛,其中,滑动副的摩擦材料对其抗震性能至关重要。该研究开展了不同压强、不同滑动速率下聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、超高分子... 滑动摩擦摆(friction pendulum system,FPS)支座具有良好的隔震与自复位性能在工程中应用广泛,其中,滑动副的摩擦材料对其抗震性能至关重要。该研究开展了不同压强、不同滑动速率下聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、超高分子聚乙烯(ultra-high molecular polyethylene,UMHWPE)、聚甲醛(polyoxymethylene,POM)、高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)与聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)5种材料与钢界面的动摩擦试验,阐明了不同峰值滑动速率、不同压强下循环退化与黏滞滑移特性的变化规律,分析了瞬时滑动速率(instantaneous sliding rate,ISR)、竖向压强对动摩擦因数(dynamic friction coefficient,DFC)的影响,讨论了材料耐磨特性。分析表明:POM循环退化现象明显、HDPE黏滞滑移现象明显、PTFE与HDPE耐磨性能最差;摩擦因数随瞬时滑动速率的增大而增大,随着压强的增大而减小;指数模型拟合摩擦因数与瞬时速率间关系优于对数函数模型。对高速率摩擦工况,首先建立分子动力学模型进行低速的摩擦因数验证,模拟误差为12.3%~14.2%;而后采用了分子动力学模拟较高速率动摩擦因数;最后结合试验与模拟数据采用指数函数模型建立了FPS的模拟模型,显著性好,可用于有大速率摩擦工况的反应评估。 展开更多
关键词 摩擦因数预测 分子动力学 黏滞滑移 循环退化 动摩擦因数
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车辆纵向非光滑多体动力学建模与数值算法研究 被引量：11
6
作者 范新秀 王琪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期301-309,共9页
在建立车辆纵向多体系统的动力学模型中,将车身与车轮视为刚体,两者通过减振器链接;将传动系统视为一个圆盘通过扭簧和阻尼器与驱动轮连接;将车轮与路面间的接触力简化为法向约束力、摩擦力和滚阻力偶,其中摩擦力的模型采用库仑干摩擦模... 在建立车辆纵向多体系统的动力学模型中,将车身与车轮视为刚体,两者通过减振器链接;将传动系统视为一个圆盘通过扭簧和阻尼器与驱动轮连接;将车轮与路面间的接触力简化为法向约束力、摩擦力和滚阻力偶,其中摩擦力的模型采用库仑干摩擦模型.采用笛卡尔坐标作为该系统的广义坐标用于描述该系统的位形,给出系统单双边的约束方程,应用第一类拉格朗日方法建立了系统的动力学方程.由于摩擦与滚阻的非光滑性,使得该系统动力学方程不连续.为便于计算,建立了车轮与路面接触点的相对切向加速度与摩擦力余量的互补条件、车轮角加速度与滚阻力偶余量的互补条件,以及车轮轮心法向加速度与路面法向约束力的互补条件.将接触-分离、黏滞-滑移的判断问题转化成线性互补问题的求解,并给出了具有约束稳定化的基于事件驱动法的数值计算方法.最后,应用该方法对车辆纵向多体系统进行了仿真,分析了输出扭矩、摩擦及滚阻系数对其动力学行为的影响. 展开更多
关键词 车辆纵向动力学 滚阻力偶 库伦摩擦 线性互补 黏滞-滑移
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含碰撞的平面摩擦系统半解析半数值算法研究 被引量：4
7
作者 王晓笋 巫世晶 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2997-3004,共8页
利用含平面库仑摩擦力系统的解析解结果,通过碰撞边界条件和时间的隐式关系,获得精确的碰撞时刻,由此确定从当前时刻到碰撞发生时的步长及平面上的碰撞位置。结合滑移/黏滞转换时位置和时刻的解析解,引入布尔变量B定义系统的状态,建立... 利用含平面库仑摩擦力系统的解析解结果,通过碰撞边界条件和时间的隐式关系,获得精确的碰撞时刻,由此确定从当前时刻到碰撞发生时的步长及平面上的碰撞位置。结合滑移/黏滞转换时位置和时刻的解析解,引入布尔变量B定义系统的状态,建立一种求解含碰撞的平面摩擦系统响应的数值算法。研究结果表明:该算法能够求解滑移/黏滞转换、碰撞以及平面滑移运动存在方向剧烈变化拐点时系统的响应,并有效地提高了系统响应的精度。 展开更多
关键词 平面摩擦系统 碰撞 滑移/黏滞转换 精确解 数值算法
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柔性多体系统含摩擦碰撞stick-slip过程动力学仿真 被引量：6
8
作者 钱震杰 章定国 金诚谦 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第23期32-37,共6页
基于高次刚柔耦合理论和Lagrange乘子法,研究了柔性多体含摩擦碰撞stick-slip过程的全局动力学的精确建模与自动切换仿真问题。基于变拓扑思想,根据分离、碰撞、黏滞接触和滑动接触等状态分别构造相应的约束条件和动力学方程。运用冲量... 基于高次刚柔耦合理论和Lagrange乘子法,研究了柔性多体含摩擦碰撞stick-slip过程的全局动力学的精确建模与自动切换仿真问题。基于变拓扑思想,根据分离、碰撞、黏滞接触和滑动接触等状态分别构造相应的约束条件和动力学方程。运用冲量/动量法求解碰撞初始条件;引入切向滑动摩擦力势能的概念描述切向滑动接触力;给出接触、分离、黏滞、正向/逆向滑动状态之间的切换准则,实现了系统全局动力学自动切换。通过算例的数值仿真,分析了滑移/黏滞(微滑动)、正/逆向滑动等复杂非光滑现象,验证了该模型和算法的有效性。 展开更多
关键词 含摩擦碰撞 黏滞/滑移 接触约束 柔性机械臂 动力学建模
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三相驱动下非光滑振动驱动系统的动力学分析 被引量：1
9
作者 朱诗慧 周震 +1 位作者 吕敬 王琪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1755-1764,共10页
可移动式机器人已成为机器人研究领域的重要分支,为实现其在狭小特殊环境中的运动,学者们提出并研究了振动驱动移动系统.本文基于二维LuGre摩擦模型和拉格朗日方程,给出了一类振动驱动系统在各向同性摩擦环境中的动力学建模方法和数值算... 可移动式机器人已成为机器人研究领域的重要分支,为实现其在狭小特殊环境中的运动,学者们提出并研究了振动驱动移动系统.本文基于二维LuGre摩擦模型和拉格朗日方程,给出了一类振动驱动系统在各向同性摩擦环境中的动力学建模方法和数值算法.这类振动驱动系统结构简单且密封性好,依靠箱体与地面间的摩擦力实现自身的定向运动.该系统由一个外部箱体和两个内部质量块构成,两个质量块在箱体内的两个平行轨道上作三相振动驱动,箱体通过三个刚性支撑足与地面保持接触.二维LuGre摩擦模型的利用,可有效避免库伦摩擦模型的不连续性给动力学方程的数值求解带来的困难,且可有效揭示该系统在运动过程中的黏滞-滑移切换现象.数值仿真结果表明,通过调整其内部质量块的驱动参数,可实现箱体的直线平移、定轴转动和平面一般运动,且箱体在移动和转动过程中会出现擦滑、穿滑、回滑和不黏等4种现象;另外,通过调节驱动参数,不仅可以改变箱体移动和转动的快慢,还可以改变箱体形心运动轨迹的曲率半径. 展开更多
关键词 振动驱动系统 三相驱动 黏滞-滑移 LuGre摩擦模型
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二维变压力摩擦运动的非线性振动分析 被引量：1
10
作者 赵伟 张荻 谢永慧 《噪声与振动控制》 CSCD 2018年第A01期96-99,共4页
透平机械在运行中其叶片叶冠会发生摩擦现象,其接触面正压力常常不是恒定值。为了分析叶冠接触面摩擦行为的非线性特性,本文建立单自由度的二维变正压力摩擦动力学模型,并详细给出了整个求解过程。牛顿法是求解非线性方程组的常用迭代算... 透平机械在运行中其叶片叶冠会发生摩擦现象,其接触面正压力常常不是恒定值。为了分析叶冠接触面摩擦行为的非线性特性,本文建立单自由度的二维变正压力摩擦动力学模型,并详细给出了整个求解过程。牛顿法是求解非线性方程组的常用迭代算法,迭代中过程的切向刚度矩阵是求解的难点。变正压力下具有强非线性,可根据滑移或黏滞的初始状态进行迭代求解。分析了多个数值算例,具体讨论了接触间隙、接触分离以及相位差对幅值和迟滞回线的影响,分析了摩擦力和变正压力的耦合影响,获得了二维运动状态下切向和法向位移的频响曲线。分析结果可应用到实际叶片的振动分析中,为研究透平机械阻尼叶片的振动非线性提供借鉴。 展开更多
关键词 振动与波 透平叶片 摩擦模型 迟滞回线 接触分离 滑移-黏滞
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