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基于Adams进行复杂接触分析的等效方法

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  • 发布时间:2014-09-27
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在机械产品的设计中,-个运动结构件沿另-个固定结构件的定位面快速滑动的机构被广泛运用(如过山车和轨道列车等)。

在进行此类机构的动力学分析时,往往需要准确模拟接触力以进-步分析运动结构件的姿态、运动等特性;对于固定结构件为柔性体时,还需分析固定结构件的变形和振动等特性.若固定结构件的定位面为复杂定位面(如曲面等),采用 Adams软件分析此类快速且变速滑动问题时,接触参数设置困难。

仿真时,在复杂接触面上容易产生冲击过载,接触力不易稳定,会严重降低多体动力学的分析精度。

本文通过对运动副进行组合研究,提出复杂接触分析的等效分析方法.该方法提高接触力的分析精度;同时减小多体动力学模型中接触定义的数量,较大提高模型的计算效率。

1 等效方法的提出基于 Adams软件进行复杂接触分析的等效方法研究实际上是多体动力学的深入应用问题.对于受约束的多体系统,其动力学方程是先根据牛顿定理给出自由物体的变分运动方程,再运用拉格朗日乘子定理导出基于约束的多体动力学方程。

运动副约束反作用力和反作用力矩的计算公式为收稿 日期 :2013 04-23作者简介:谭勇(1981-),男,重庆人,硕士研究生,研究方向为发射动力学,(E-mail)tyongOl###126.comhtp://acae.C/1第S1期 谭勇,等:基于Adams进行复杂接触分析的等效方法 263①1号哑物体与前滑块之间为球绞运动副约束。

②2号哑物体与 1号哑物体之间建立横向平动副,并限位设置。

③3号哑物体与2号哑物体之间建立法向平动副,并限位设置。

- - (a)前虚拟定位面 (b)左、右虚拟 定位 面图4 哑物体和约束关系Fig.4 Dumb objects and its constraint relationship左(右)虚拟定位面处各建立 3个哑物体,见图4(b),约束关系如下:①l号哑物体与移动结构件左(右)滑块之间为球绞运动副约束。

②2号哑物体与1号哑物体之间建立横向平动副,并限位设置。

③3号哑物体与2号哑物体之间建立法向平动副,并限位设置。

④3号哑物体沿左(右)虚拟定位面为圆柱运动副(Cylindrical Joint)约束。

(5)要实现移动载荷的传递必须合理控制虚拟定位面与固定结构件滑块之间的约束形式.前面已经进行了约束关系设计,其次要设计正确合理的传感器检测运动结构件滑块在滑动过程中所对应的位置 ,见图 3。

传感器只能监测运动结构件滑块的滑行距离,而不能调整虚拟定位面与固定结构件滑槽之间的约束关系,这种约束关系需要通过仿真剧本来控制.从图3可以清楚看出初始时刻各滑块所处的位置,此时虚拟定位面与固定结构件滑槽只存在 t, 和 的约束关系,随着滑块的前移,约束关系也向前移动。

仿真剧本见表 1,通过该剧本可以实现模型中自由度的自动变化和虚拟定位面与固定结构件滑槽之间约束关系的自动改变。

约束失效之后重新生效时,要求参与约束的不同物体上的2个关键点的相对位置没有发生改变。

本模型中生效的约束为柔性体与虚拟刚性体之间的约束,由于柔性体在整个滑动过程中会随着载荷移动产生变形,因此2个参考点的相对位置已经发生改变,依靠 Adams提供的生效命令已经无法实现这- 要求.因此,必须通过用户自定义子程序来实现这- 功能,程序关键语句如下:CALLSYSARY( DISP ,IPAR,3,DISP,NSTATES,ERRFLG)Control/FUNuser(markerl,marker2,marker3)表 1 仿真剧本Tab.1 Simulation script剧本命令 剧本功能DEACTIVATE/JOINT, 约束 ,1 和 生 效,其他ID 1,·-,iDEACTIVATE/SENS0R. 约束失效;传感器 S1生效,其他传感器失效. ID 1,·-,iSIMULATE/STATIC 静平衡 ,使模 型收敛。

ACTIVATE/SENSOR,ID:S通过 传 感 器控 制仿 真 结SIMULATE/DYNAMIC, 束。

DURATION t.DTOUTAt原理为修改参与约束中发生变化的关键点的6个参数(3个位置参数和 3个方向参数)使其与另-个关键点相符,这样便可实现约束生效功能,并通过动态链接库调用此程序。

通过上述步骤可以完成接触分析等效方法建模,其余步骤按常规建模方法进行,此时即可进行多体动力学分析。

2.3 结果分析输出移动结构件前滑块处的接触力结果,见图5.在固定结构件平直滑槽段的接触力较为稳定,在曲线滑槽段接触力增大,该现象主要由曲线滑槽曲率增大和滑块速度增加所致laun- J。INr51制Iln la№ 咐flLF附 Yf旧. - /、 1~- V V - 00 0 0 015 0 225 0.3La畦Ru g n Time ∞) 2010 l1:∞图5 移动结构件前滑块处接触力仿真结果Fig.5 Contact force simulation result of front slider ofmobile stmeture components为了验证仿真结果的准确性,在移动结构件前滑块处安装压力传感器,测量滑块的接触力.试验结果与仿真结果对比见图6,可知,在平直滑槽段和曲hftp://264 计 算 机 辅 助 工 程 2013丘线滑槽段,接触力仿真结果和试验结果比较吻合.可见,采用复杂接触的等效分析方法可行,分析精度较高。

g12e0.UDI-J。 ” 舯q 勖M 呻 I l 1 ltdltl - 1 ~ ~ - ~~ -- ~-l !l /试 结果- 牛- ~ 真结身 LⅢO15TIl- 嘲图6 接触力仿真结果与试验结果对比Fig.6 Constraint force comparison of simulation result andexperimental result3 结束语在工程设计 中会经常出现复杂多样的接触情况,直接采用接触算法求解此类问题的难度大、计算精度和计算效率低。

基于 Adams软件,采用组合运动副方法对接触进行等效分析,并与试验结果进行对比.对比结果表明本文提出的复杂接触等效分析方法计算精度高,可适当提高计算效率。

在复杂接触情况下,该等效方法对于分析物体振动特性、运动特性和姿态特性等问题时具有重要的工程参考意义和工程运用价值。

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