Modeling Study of Planar Flexible Manipulator Undergoing Large Deformation

The planar flexible manipulator undergoing large deformation is investigated by using finite element method (FEM). Three kinds of reference frames are employed to describe the deformation of arbitrary point in the flexible manipulator, which are global frame, body-fixed frame and co-rotational frame. The rigid-flexible coupling dynamic equation of the planar flexible manipulator is derived using the Hamilton’s principle. Numerical simulations are carried out in the end of this paper to demonstrate the effectiveness of the proposed model. The simulation results indicate that the proposed model is efficient not only for small deformation but also for large deformation.     

汽车高速行驶操纵性柔性多体动力学预测方法

为了评价、鉴定汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,运用柔性多体系统动力学方法,建立了基于ADAMS软件平台的整车刚柔耦合多体系统操纵动力学仿真分析模型.对模型中柔性体,应用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,利用ADAMS/Flex模块,将模态变形融入柔性多体系统的运动学、动力学仿真中.通过“转向盘中间位置的仿真“,得到了转向盘力输入的主要评价指标值,仿真计算与实测结果最大误差在10%以内.因此,在汽车设计阶段,可以利用柔性多体模型较准确地预测汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,并可替代实车测量方法.     

不同车型与波形梁护栏数值碰撞的仿真模拟分析

为了检验不同波形梁护栏对于即将冲出路外的大客车的拦阻作用的有效性和阻拦效果较好的护栏对半挂车的阻拦效果,分别建立大客车、半挂车和波形梁护栏的有限元模型,在动力学范畴内利用计算机仿真软件完成大客车、半挂车与波形梁护栏的碰撞实验,并通过动力学计算软件LS—DYNA3D,在该软件环境下完成车辆一护栏之间的碰撞大变形计算。在得到试验结果后,用HyperView提取结果文件,观察车辆和护栏的变形、云图、瞬变以及速度衰减历程曲线。最后对得出的碰撞实验结果数据进行对比分析,以较为真实反应车辆和护栏碰撞的发生机理．并为弼f．有护栏提出政善提供依据．     

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题,运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、...     

基于柔性多体动力学的桥梁检测车臂架的运动仿真

基于柔性多体动力学理论和拉格朗日方程建立了三节臂的桥梁检测车臂架的机械系统动力学模型。采用数值求解和结合动力学仿真分析软件,证明了柔性多体动力学方法建立的桥梁检测车臂架的运动微分方程,可以准确地描述桥梁检测车的各项动力学特性。通过对桥梁检测车臂架末端轨迹和驱动特性分析,表明了对于轻质长臂杆的桥梁检测车臂架系统必须考虑其柔性变形的影响。     

考虑徐(温)变的连续梁拱桥车桥耦合振动分析

根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,考虑了连续梁钢管混凝土拱桥桥面因温度和徐变作用而产生的变形影响,将其以组合曲线的形式叠加到轨道不平顺中进行列车走行性分析,建立车桥系统振动方程。采用计算机模拟的方法,建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,研究了桥面徐变变形及温度变形对车桥系统耦合振动的影响。结果表明:桥面的徐变及温度变形所致的线路不平顺对轮重减载率、车体竖向加速度和竖向Sperling指标的影响较为显著。因此,在评判桥上列车的运行安全和舒适性时,尤其对于高速铁路,应考虑混凝土徐变及温变产生的桥面变形引起的轨道不平顺影响。     

考虑二阶效应梁柱瞬态分析的传递矩阵法

压弯构件承受较大轴力时,其表现出的明显的二阶效应直接影响结构刚度及动力特性,为计算计及二阶效应的梁柱结构的瞬态响应,提出了一种传递矩阵方法.该方法采用Newmark-β法,对考虑二阶效应的Euler-Bernoulli梁的动力偏微分方程进行时域离散,将其变换为常微分方程,并利用常数变易法对微分方程进行求解,得到位移增量在连续空间内的解析解.结合传递矩阵法的基本原理,推导了离散时间瞬态分析的增量传递矩阵格式,给出了计及二阶效应的梁柱结构瞬态响应的计算方法.算例计算结果表明,在计算精度相同的情况下,所提出的方法的计算效率是ANSYS的3.57倍,并可方便地对移动荷载作用下结构的动力响应进行求解.      

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以Timoshenko梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数. 采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析. 结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到19.785%. 同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与Euler梁单元的计算结果进行对比. 对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到10.769%. 本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.      

Nonlinear Absolute Nodal Coordinate Formulation of a Flexible Beam Considering Shear Effect

IntroductionIn the previous hybrid-coordinate formulationof an elastic beam, with the assumption of smalldeformation, the relation between the strain anddeformations is approximated to one order. Suchlinear approximated formulation fails to explain thestiffening effect for a high-speed rotating elasticbeam[1,2]. Some authors developed the systemequations of motion of flexible multibody systemsthat include stress stiffening effects[3]. A furtherimprovement in the formulation can be achieved bye…     

Solution and Positive Solution to Nonlinear Cantilever Beam Equations

Using the decomposition technique of equation and the fixed point theorem, the existence of solution and positive solution is studied for a nonlinear cantilever beam equation. The equation describes the deformation of the elastic beam with a fixed end and a free end. The main results show that the equation has at least one solution or positive solution, provided that the ＂height＂ of nonlinear term is appropriate on a bounded set.     

温度作用下纵连式无砟轨道垂向稳定性研究

为研究纵连式无砟轨道垂向失稳的形态和过程,基于欧拉梁挠曲微分方程推导了温度作用下轨道板上拱波形曲线,得到了上拱矢度与波长的关系;并利用势能驻值原理分析了存在初始上拱时轨道板垂向失稳的平衡路径. 研究表明:与假设变形法相比,解微分方程法精度更高,误差可降低近30%;轨道板的失稳过程包括持稳、胀板和失稳3个阶段,且初始上拱矢度越大,轨道板的持稳极限和胀板极限越小;分析了温度力释放对轨道板上拱平衡路径的影响,表明轨道板失稳的平衡路径会出现强化阶段,且摩擦因数越大,强化阶段出现越早,但变形较小时,温度力释放对轨道板板上拱的影响极小;初始上拱矢度越大,轨道板允许上拱越大,初始上拱小于50 mm时,轨道板难以发生垂向的失稳.      

STATIC CORRECTION MODES IN DYNAMICAL SIMULATION OF FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEM WITH CLOSED LOOPS

ＳＴＡＴＩＣＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮＭＯＤＥＳＩＮＤＹＮＡＭＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＦＬＥＸＩＢＬＥＭＵＬＴＩＢＯＤＹＳＹＳＴＥＭＷＩＴＨＣＬＯＳＥＤＬＯＯＰＳ＊ＹｕＱｉｎｇ（于清）ＨｏｎｇＪｉａｚｈｅｎ（洪嘉振）（Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒ...     

Study on launch dynamics of the tank marching fire

As an army main battle equipment, it is required that the tank should have high firing accuracy and high first round hit probability during marching. The initial disturbance of the projectile is the premier factor that takes effect on the marching fire accuracy of the tank. And the marching fire accuracy of the tank depends on the launch dynamics behaviors of the tank. In this paper, the launch dynamics theory of a tank marching fire is studied, and its launch dynamics model is established. Based on the transfer matrix method for multibody system(MSTMM) and the automatic deduction theorem of overall transfer equations, the overall transfer equation and the overall transfer matrix of a tank multibody system are deduced; the launch dynamics equations of the tank marching fire are deduced, and the dynamic response of the tank system, the motion of projectile in barrel, the initial disturbance of the projectile and the vertical target dispersion are exactly simulated; meanwhile, the results of simulation are verified by tests. This work provides both theoretical foundation and simulation approaches for improving the marching fire accuracy of the tank.     

圆拱结构平面外稳定分析方法

为研究圆拱结构的平面外稳定问题,根据其与圆曲梁变形的相关性,首先考虑二阶弯矩效应建立了圆曲梁平衡方程,结合圆曲梁几何方程和物理方程,推导了考虑大位移的自由扭转圆曲梁的挠度控制方程和扭转角控制方程,分别给出了圆曲梁的挠度和扭转角的解析解一般格式及相应简化格式,同时获得了圆曲梁变形和内力表达式;在此基础上,提出了圆拱结构平...     

Integrated fluid-thermal-structural numerical analysis for the quenching of metallic components

The quenching of a metal component with a channel section in a water tank is numerically simulated. Computational fluid dynamics (CFD) is used to model the multiphase flow and the heat transfer in film boiling, nucleate boiling and convective cooling processes to calculate the difference in heat transfer rate around the component and then combining with the thermal simulation and structure analysis of the component to study the effect of heat transfer rate on the distortion of the U-channel component. A model is also established to calculate the residual stress produced by quenching. The coupling fluid-thermal-structural simulation provides an insight into the deformation of the component and can be used to perform parameter analysis to reduce the distortion of the component.     

冲击动力过程的无网格数值分析方法

应用再生核质点法实现了冲击过程的数值模拟．为解决冲击过程伴随的材料和几何非线性问题，数值分析中采用增量法．针对冲击速度较低的情况，假设冲击过程为小应变，并引入弹塑性增量本构关系，推导出冲击过程的再生核质点法计算控制方程．采用修正配点法，以满足其本质边界条件．数值模拟结果表明，实例中弹体变形分析结果与ANSYS有限元分析结果一致．     

基于传递矩阵法的车辆振动特性分析

针对车辆系统的振动特性,建立一种柔性车体动力学模型,根据车辆结构的局部相似性,将车辆系统划分为多个子结构,利用拉普拉斯变换推演了子系统的传递矩阵,并且将其应用于整个车辆系统.应用传递矩阵比较分析了车辆系统的振动模态和简谐激励响应,结合拉普拉斯逆变换分析了轨道不平顺度引起的时域随机振动响应.结果表明,传递矩阵法分析车辆系统动态特性具有较好的精确性,车体加速度随车辆运行速度增加而增大;而且传递矩阵法有利于简化模型,减少计算量.     

变温环境下粘弹性梁的混沌运动

根据Kelvin粘弹性材料本构关系、梁的运动方程及变形几何方程建立了同时具有温度扰动和横向分布力扰动的粘弹性梁非线性动力学模型.用Galerkin方法将系统简化为参数激励和强迫激励耦合的单模态Duffing振子,得到了系统的不动点和同宿轨道.用Melnikov函数法推导出系统混沌运动的临界条件,分析了系统通向混沌的途径.研究表明,非线性粘弹性梁在周期性横向激励及周期性温度联合作用下可能进入混沌运动,并且在发生Smale马蹄意义下的混沌前,将经历多次的次谐分岔.     

钢箱混凝土拱桥拱肋胀模事故分析与数值模拟

结合某钢箱混凝土拱桥拱肋压注混凝土过程中出现的胀模现象,采用有限元分析软件ANSYS研究了不同拉筋布置对钢箱拱肋变形的影响,研究表明:为保证拱肋变形符合要求应设置合理的刚性箍筋、柔性箍筋及横向拉筋,配筋参数可通过仿真确定。可为类似工程设计、施工提供借鉴。