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大范围运动的柔性曲线梁动力学建模及仿真

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2004年第7期37卷 629-633页

作者：金国光刘又午王树新天津工业大学机电学院天津300160 天津大学机械工程学院天津300072

针对航天器等领域中应用柔性曲梁的动力学问题,基于有限元方法,将连续的柔性曲线梁离散化为具有12个自由度的空间梁单元模型.为缩减系统的运动学变量数目,将柔性曲线梁的物理坐标转化为模态坐标.在此基础上,依据Kane方程建立了作大范围... 详细信息

针对航天器等领域中应用柔性曲梁的动力学问题,基于有限元方法,将连续的柔性曲线梁离散化为具有12个自由度的空间梁单元模型.为缩减系统的运动学变量数目,将柔性曲线梁的物理坐标转化为模态坐标.在此基础上,依据Kane方程建立了作大范围运动的柔性空间曲线梁非线性动力学模型.动力学数值仿真的结果表明,对小曲率柔性曲线梁,其横向变形比纵向变形大得多.

关键词：柔性曲线梁有限元法大范围运动动力学模型仿真

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柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2008年第11期36卷 76-79页

作者：金国光贠今天杨世明李东福天津工业大学机械电子学院天津300160 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300160

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机... 详细信息

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.

关键词：柔性变胞机构全构态动力学模型仿真构态变换矩阵非线性

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含动力刚化项的一般多柔体系统动力学研究

哈尔滨工业大学学报 2005年第1期37卷 101-103页

作者：金国光刘又午王树新张大钧天津工业大学机电学院天津300160 天津大学机械工程学院天津300072

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式.在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数.把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动... 详细信息

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式.在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数.把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动力学方程.通过数值仿真算例,界定了传统多柔体系统动力学建模方法的适用范围.

关键词：多柔性体系统耦合形函数动力刚化约束动力学

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变胞机构全构态动力学模型及其数值仿真研究

航空学报 2004年第4期25卷 401-405页

作者：金国光丁希仑张启先天津工业大学机电学院天津300160 北京航空航天大学机器人研究所北京100083

依据Kane方程建立了变胞机构任意构态的动力学方程。引入广义速率的变换矩阵,建立了包含所有构态的变胞机构全构态动力学模型———一种组合式的微分/代数方程;全构态动力学模型用正交补阵的方法求解,根据变胞机构的特征,引入其构态切... 详细信息

依据Kane方程建立了变胞机构任意构态的动力学方程。引入广义速率的变换矩阵,建立了包含所有构态的变胞机构全构态动力学模型———一种组合式的微分/代数方程;全构态动力学模型用正交补阵的方法求解,根据变胞机构的特征,引入其构态切换条件;最后通过数值仿真算例说明该方法的应用。动力学仿真结果表明,变胞机构由一个构态向下一个构态切换的瞬时,机构将产生很大的冲击力。

关键词：变胞机构构态全构态动力学仿真

基于拟合模态法的大范围运动柔性曲线梁动力学建模方法研究

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宇航学报 2003年第3期24卷 273-277页

作者：何柏岩王树新金国光王辉天津大学机械工程学院天津300072 北京航空航天大学机器人研究所北京100083

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法 ,这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式 ,求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模 ,把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式... 详细信息

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法 ,这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式 ,求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模 ,把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式的形式 ,得到曲线梁模态的近似解析表达式 ,从而大大简化了建模与计算的过程。以某型号卫星抛物面天线为例 ,验证了方法的可行性与准确型。

关键词：柔性体动力学 ANSYS 模态

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高速共轭凸轮打纬机构柔性动力学分析

机械工程学报 2017年第3期53卷 81-89页

作者：魏展金国光袁汝旺李博天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

共轭凸轮打纬机构广泛应用于高速剑杆织机中,对其进行全面深入的动力学特性研究,将提升织机整体性能,提高生产效率。基于有限元法对打纬机构柔性构件进行有效离散化,为建立精确的动力学模型提供物理模型基础;应用Kane方程结合模态综合... 详细信息

共轭凸轮打纬机构广泛应用于高速剑杆织机中,对其进行全面深入的动力学特性研究,将提升织机整体性能,提高生产效率。基于有限元法对打纬机构柔性构件进行有效离散化,为建立精确的动力学模型提供物理模型基础;应用Kane方程结合模态综合技术建立共轭凸轮打纬机构动力学模型,不仅形式简单,求解时也可大大节约计算资源。基于该动力学模型,分别对凸轮转速、打纬阻力、结构参数对动态响应的影响进行仿真。结果表明,转速提高和打纬阻力带来的机构变形不足以影响打纬性能,但转速变化对机构加速度影响明显。研究结果为改善各实际工况和结构参数下打纬机构的动态性能提供了依据,也为更精确地动态优化设计高速打纬机构奠定了理论基础。

关键词：共轭凸轮打纬机构动力学动态响应

基于给定工作空间的球面变胞仿生关节机构优化设计

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农业机械学报 2013年第12期44卷 288-293,320页

作者：金国光王艳宋轶民畅博彦梁栋天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津大学机械工程学院天津300072

研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆... 详细信息

研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆解模型,得到其速度映射模型和雅可比矩阵。其次,在逆解模型的基础上,研究机构工作空间与机构尺寸关系,根据分布规律对工作空间大小进行优化,确定预设工作空间。最后,根据承载力和刚度性能评价指标对给定工作空间下的机构进行尺寸优化设计,分别给出每种性能指标较好的尺寸范围,综合两种指标,得到机构最佳设计尺寸。

关键词：变胞机构工作空间承载力刚度仿生关节优化

多闭环厚板折展蜂窝机构的几何设计与性能分析

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中国机械工程 2024年第7期35卷 1156-1167页

作者：畅博彦关鑫金国光梁栋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

基于厚板折纸理论设计出一种单闭环空间折展机构,并用螺旋理论对机构的自由度进行了分析。引入Myard类型约束和Sarrus类型约束,提出将机构自由度降低为1的2种方法,对应得到M型和S型折展蜂窝单元。将2种折展蜂窝单元的运动特征与平面镶... 详细信息

基于厚板折纸理论设计出一种单闭环空间折展机构,并用螺旋理论对机构的自由度进行了分析。引入Myard类型约束和Sarrus类型约束,提出将机构自由度降低为1的2种方法,对应得到M型和S型折展蜂窝单元。将2种折展蜂窝单元的运动特征与平面镶嵌原理相结合,构造出M型和S型折展蜂窝机构。研究了设计参数对机构折展率的影响规律,并以提高折展率为目标对机构的结构进行了优化。研究结果表明,M型折展蜂窝机构完全展开后可形成单侧平整的表面;S型折展蜂窝机构的折展率更大。

关键词：折展机构蜂窝结构 Myard机构 Sarrus机构折展率

面向变胞机构动力学建模的变拓扑构型数学描述方法

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机械工程学报 2022年第9期58卷 49-61页

作者：周杨畅博彦金国光梁栋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

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... 详细信息

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。

关键词：变胞机构关联矩阵构态切换动力学变拓扑