索结构碰撞动力学仿真研究
利用虚拟样机技术对带有索结构的新型装备进行设计和分析研究，可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高产品质量。这种设计与分析方法是目前复杂机电系统开发研究的发展趋势。论文以某自主开发的新型装备中的索结构受力模拟系统为研究对象，利用Pro/E、ANSYS和RecurDyn软件平台，围绕柔性多体系统动力学理，对索结构动态模型及索结构之间的碰撞动态特性进行了研究。论文研究工作如下：
首先，基于柔性多体动力学理论，采用有限元方法对无限自由度柔性体进行离散化处理，结合虚位移原理和达朗伯原理给出了自由柔性体的动力学方程、非完整约束的约束方程以及机械约束系统的动力方程的一般形式。为索结构动力学模型及其动态仿真和索结构碰撞动力学仿真研究奠定了理论基础。
然后，基于有限元单元法建立柔性多体动力学方程的理论基础，采用相对坐标法和递归算法建立索结构动力学有限元模型；研究了Beam4单元离散索结构柔性体模型的几何参数确定和对索结构多刚体模型中Bushing连接的刚性系数进行了理论分析，给出了拉伸、剪切、扭转和弯曲刚度系数的计算公式；基于多体接触理论的建模方法，将索结构之间的碰撞接触力引入到索结构动力学方程中建立了索结构碰撞动力学方程，并给出了其仿真参数计算方法。由上述两种方法建立了三种索结构模型，将它们在自重和一端拉力作用下分别进行仿真，对它们产生的最大垂度值与理论值进行比较研究，确定了其仿真模型较准确的建模方法；采用此建模方法建立主被动绳模型应用于一个带有索结构的新型装备的虚拟样机仿真中，将Pro/E软件中建立的牵引小车三维模型和ANSYS软件中建立的主动绳柔性模型导入到RecurDyn软件中，建立了由主动绳受力装置和被动绳受力装置组成的索结构碰撞过程仿真模型。
最后，在RecurDyn软件对索结构碰撞系统进行了碰撞过程仿真研究，仿真结果直观地描述了钢丝绳碰撞接触和相对滑动过程，给出了在给定牵引力作用下钢丝绳碰撞的动态接触力，给出了牵引小车的动态响应曲线；揭示了钢丝绳接触碰撞对索结构碰撞系统动态特性的影响，对主动钢丝绳和被动钢丝绳的设计选用进行了评价。
通过以上研究，论文给出了索结构一般动力学模型和碰撞动力学模型，给出了虚拟样机技术对索结构碰撞系统进行可视化技术研究的一般方法和步骤。其中采用了仿真与理论结果相比较的方法对索结构的仿真模型精度进行了研究，比较了两种建模方法建立的三种仿真模型的精度，分析了模型的适用环境。文中根据功能相同原理，采用模型等效的方法将被动绳大卷筒等效成小卷筒，加快了仿真速度。文中给出的分析方法为索结构碰撞系统可视化动态分析奠定基础，可应用于实际工程问题分析。
索结构;受力模拟系统;碰撞动态特性;动力学仿真;有限元计算
三峡大学
硕士
机械设计及理论
方子帆
2009
中文
TH122.5
64
2009-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）