基于虚拟样机技术的真实机构动力学分析研究

作     者：董晓刚 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常宗瑜

授予年度：2012年

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

主      题：虚拟样机技术 间隙 弹性构件 真实机构 多体系统动力学 有限元分析 

摘      要：对于特定的真实机构，运动副中的间隙和构件的弹性变形，常引起碰撞冲击、振动、噪声等破坏性现象的发生，这对高速、高精度机构的动力学性能和可靠性提出了挑战。本文以往复发动机中的曲柄滑块机构为研究对象，利用虚拟样机技术，联合三维造型软件Pro/E、机械系统动力学仿真分析软件ADAMS以及有限元分析软件ANSYS，建立考虑运动副间隙及构件弹性的真实机构模型，进行机构的运动学和动力学分析，对机构的真实运动规律及动态性能进行深入研究。 首先，将Pro/E中机构的几何模型导入ADAMS软件，建立含活塞-气缸间隙的机构多刚体动力学模型，并进行动态仿真，其中，将间隙中构件的接触过程采用冲击副模型进行描述。在此基础上，对机构中活塞的往复运动及二阶运动分别进行了分析，获得不同工况下构件的各项运动参数及相关运动副反力，又分析了活塞拍击力随运动副间隙量变化的规律，进而确定了合适的运动副工作间隙，最终所得结论与实际基本吻合。 第二，通过无缝连接设置，Pro/E中的构件直接进入ANSYS工作环境，利用分块兰索斯法进行连杆及曲轴的有限元自由模态分析，获得构件的低阶固有频率及相应振型，结合发动机工作频率的分布范围进行构件的振动特性分析。 最后，联合ADAMS与ANSYS进行多柔体动力学仿真。将ANSYS中构件模态分析结果分别以MNF文件的方式输入ADAMS中进行柔性体替换，建立考虑构件大范围刚性运动与微幅弹性变形刚柔耦合的机构多柔体模型，同时考虑活塞-气缸间隙的存在，进行曲柄滑块机构的多柔体系统动力学仿真与分析。与刚性分析对比，发现存在运动偏差，而且活塞拍击力峰值变小。