面向变胞机构动力学建模的变拓扑构型数学描述方法

作     者：周杨 畅博彦 金国光 梁栋 ZHOU Yang;CHANG Boyan;JIN Guoguang;LIANG Dong

作者机构：天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第9期

页      面：49-61页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51475330,52005368) 天津市高等学校创新团队培养计划(TD13-5037) 天津市自然科学基金(17JCQNJC03900) 天津市教委科研计划(2018KJ205)资助项目 

主　　题：变胞机构 关联矩阵 构态切换 动力学 变拓扑 

摘      要：针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构向子机构的切换方式简化为构件数减少和构件数不变两种情况。其次,运用关联矩阵描述变胞机构的构态切换过程,提出实现构态切换所需的单位消元矩阵Ei,j、关系消去矩阵Ij和关联关系变化矩阵G,将变胞机构的拓扑结构变化转化为一系列的矩阵运算,并给出了统一的数学模型。最后,建立关联矩阵、Huston低序体阵列和通路矩阵三者之间的转换关系,结合R-W方法分析变胞机构子构态动力学模型的自动生成机理,以具有3个构态的闭环五杆变胞机构为例,建立变胞源机构动力学模型,通过编程自动生成所有子构态动力学模型,并对机构的动力学特性进行分析,验证所提方法的有效性和实用性。