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柔性机械臂动力学的虚功率原理-有限元法

工程兵工程学院学报（94643X） 1999年第1期14卷 91-95页

作者：韦忠宣陈建平工程兵工程学院南京210007 航空航天大学南京210016

柔性机械臂动力学分析对控制其运动十分重要。本文根据虚功率原理,用有限元方法对柔性机械臂系统进行了理论上的讨论和描述,并导出了柔性机械臂的动力学方程。对单臂模型的数值计算结果验证了本文的方法。

关键词：机械臂动力学有限元柔性机械臂虚功率原理

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关于虚功率原理的注记

河北大学学报（自然科学版） 1999年第3期19卷 297-306页

作者：田大增河北大学数学系河北保定071002

为了简化计算，引入了虚速度、虚功率的概念，并推导出虚功率原理。借助于运动学中的理论，较容易地分析出一些处于平衡状态的系统中力的作用点处的速度之间的关系，从而较容易地列出虚功率方程，进而得到正确的结果。

关键词：虚速度虚功率虚功率原理

生物推进的数值模拟和基于虚功率原理的受力分析

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生物推进的数值模拟和基于虚功率原理的受力分析

第十一届全国流体力学学术会议

作者：黄恺俊余永亮中国科学院大学生物运动力学实验室

生物体通过身体的变形与周围流体介质发生相互作用,从而实现了推进,这是它们长期进化和环境适应的结果。无论是用身体和尾部摆动推进的鱼体,还是用宽大的胸鳍推进的鳐鱼等,推进都依靠于波状变形,这种波状推进的方式已被认为是高效的推... 详细信息

生物体通过身体的变形与周围流体介质发生相互作用,从而实现了推进,这是它们长期进化和环境适应的结果。无论是用身体和尾部摆动推进的鱼体,还是用宽大的胸鳍推进的鳐鱼等,推进都依靠于波状变形,这种波状推进的方式已被认为是高效的推进模式。为了探讨波状推进的机制机理,本文采用数值计算的手段获得鱼体产生的流场结构和鱼体受到的推进力,进而通过虚功率原理来分析鱼体推力产生的机制。本文建立了简化的等幅波动模型,在Open FOAM平台上,基于pimpleDyMFoam求解器,采用混合PISO-SIMPLE算法,模拟了二维波状摆动翼型匀速推进的过程。发现了正负旋涡周期性的交替从尾部脱出,从而形成了反卡门涡街结构;波动翼型所受推力的频率是侧向力的两倍。然后利用虚功率原理分析附加质量效应、边界能量输运效应、边界耗散效应以及流场旋涡对物体受力的贡献,结果表明:1)翼型周期性的波状摆动,附加惯性效应在一个周期中的平均值为零;2)推力主要来自刚脱落的旋涡贡献,随着尾涡的远离,其贡献迅速减小;3)无论是正涡脱落还是负涡脱落,都产生推力,但侧向力却反向,这是导致侧向力的周期是推力周期两倍的原因。

关键词：虚功率原理生物推进受力分析

来源： cnki会议评论

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基于虚功率原理的几何非线性退化壳单元

基于虚功率原理的几何非线性退化壳单元

北京力学会第20届学术年会

作者：章杰刘应华清华大学工程力学系

本文基于连续介质力学的虚功率原理推导了用于几何非线性分析的退化壳单元。虚功率形式的控制方程采用8结点实体单元进行离散,并通过变换获得5自由度退化壳单元格式,采用混合应变张量插值方法避免剪切自锁。数值算例表明了壳单元计算几... 详细信息

本文基于连续介质力学的虚功率原理推导了用于几何非线性分析的退化壳单元。虚功率形式的控制方程采用8结点实体单元进行离散,并通过变换获得5自由度退化壳单元格式,采用混合应变张量插值方法避免剪切自锁。数值算例表明了壳单元计算几何非线性问题的有效性。

关键词：虚功率原理退化壳单元几何非线性

来源： cnki会议评论

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非线性力学中的虚功率原理

三峡大学学报（自然科学版） 2010年第6期32卷 66-68页

作者：李跃宇刘树春淮海工学院机械学院江苏连云港222005

导出非线性平衡方程和3种常用的非线性虚功率方程.在解非线性问题时,构型的选择和应力-应变率(或与变形有关的率)的选择是两个重要问题.构型包括两种:初始构型和变形构型.在选择应力-应变率(或与变形有关的率)的时候,要注意它们之间的配... 详细信息

导出非线性平衡方程和3种常用的非线性虚功率方程.在解非线性问题时,构型的选择和应力-应变率(或与变形有关的率)的选择是两个重要问题.构型包括两种:初始构型和变形构型.在选择应力-应变率(或与变形有关的率)的时候,要注意它们之间的配对,即要考虑功率共轭的问题.在变形构型下,选择Cauchy应力σij与变形率Dij;在初始构型下,可以选择名义应力Pji与变形梯度率.Fij,或者选择第二类Piola-Kirchhoff应力Sij与Green应变率***.

关键词：虚功率原理初始构型变形构型平衡方程功率共轭

弹性飞行器飞行动力学建模与刚柔耦合阶次分析

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宇航学报 2024年第2期45卷 240-249页

作者：安阳王天舒清华大学航天航空学院北京100084

基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹... 详细信息

基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹性本体和刚体舵面组成的刚柔耦合多体系统为例,通过对比不同刚柔耦合阶次下动力学模型的时域响应与保守系统的动量计算结果,分析了动力学模型及动量公式中弹性变形项的保留阶次对动力学响应及动量计算精度的影响。揭示了传统模型忽略弹性变形高阶项可能导致的误差水平,为弹性飞行器动力学模型的简化与验证提供了参考。

关键词：弹性飞行器耦合动力学刚柔耦合阶次虚功率原理混合坐标法

考虑非光滑摩擦的绳驱连续型机器人驱动迟滞行为研究

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力学与实践 2024年

作者：张轲王梦雪张树翠赵佳源张欣刚姚文莉青岛理工大学理学院

采用物质坐标可变的绳索单元推导了绳驱连续型机器人(CDCR)中驱动绳索的约束方程。通过绳索单元物质描述和空间描述的变换关系，并弱化对绳索质量流动的描述，推导了柔性绳索的弹性变形虚功率。结果表明，若驱动绳索在运动过程中保持直... 详细信息

采用物质坐标可变的绳索单元推导了绳驱连续型机器人(CDCR)中驱动绳索的约束方程。通过绳索单元物质描述和空间描述的变换关系，并弱化对绳索质量流动的描述，推导了柔性绳索的弹性变形虚功率。结果表明，若驱动绳索在运动过程中保持直线构型，则基于空间坐标和物质坐标推导的虚功率方程具有等价的形式，绳索驱动可等效为对绳索长度的约束。利用所提方法分析了CDCR系统的收、放绳过程，侦测到了摩擦诱导的驱动力非光滑迟滞和回差行为。

关键词：虚功率原理绳驱连续型机器人动态节点绳索单元迟滞

弹性飞行器飞行动力学建模与刚柔耦合阶次分析

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弹性飞行器飞行动力学建模与刚柔耦合阶次分析

第七届多体系统动力学青年学者学术研讨会

作者：安阳王天舒清华大学航天航空学院

随着现代飞行器设计日益追求高速与轻质的目标,柔性结构在飞行器中的占比越来越大,使结构的弹性振动对飞行器动力学与控制的影响越发显著。基于虚功率原理与混合坐标法,建立了高精度的弹性飞行器飞行动力学模型。提出了飞行器的弹性耦... 详细信息

随着现代飞行器设计日益追求高速与轻质的目标,柔性结构在飞行器中的占比越来越大,使结构的弹性振动对飞行器动力学与控制的影响越发显著。基于虚功率原理与混合坐标法,建立了高精度的弹性飞行器飞行动力学模型。提出了飞行器的弹性耦合系数和广义质量的修正方法,可以精确描述连接在弹性结构上的部件对飞行器姿轨运动与结构振动的影响。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹性本体和刚体舵面组成的刚柔耦合多体系统为例,通过对比不同刚柔耦合阶次下动力学模型的时域响应与保守系统的动量计算结果,分析了动力学模型及动量公式中弹性变形项的保留阶次对动力学响应及动量计算精度的影响。结果表明:随着刚柔耦合阶次的降低,动力学模型的时域响应和动量计算结果的误差均可能会增大,且中心柔性体振动的基频越低误差越显著。在利用动量守恒检验系统的计算精度时,动量公式的刚柔耦合阶次应不低于动力学模型的刚柔耦合阶次。指出了传统模型忽略弹性变形高阶项可能导致较大误差,为弹性飞行器飞行动力学模型的简化与验证提供了参考。

关键词：弹性飞行器耦合动力学刚柔耦合阶次虚功率原理混合坐标法

来源： cnki会议评论

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考虑铰摩擦的柔性太阳阵展开动力学研究

力学学报 2014年第6期46卷 957-970页

作者：段柳成李海泉刘晓峰蔡国平上海交通大学工程力学系海洋工程国家重点实验室上海200240

研究了空间漂浮航天器太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合动力学问题.基于Jourdain速度变分原理和单项递推组集方法,建立了太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,采用虚功率原理推导了铰摩擦对系统动力学方程的贡献.在以上动... 详细信息

研究了空间漂浮航天器太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合动力学问题.基于Jourdain速度变分原理和单项递推组集方法,建立了太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,采用虚功率原理推导了铰摩擦对系统动力学方程的贡献.在以上动力学模型中引入3-D鬃毛摩擦模型来研究铰链的摩擦特性对太阳阵展开动力学的影响.所建动力学模型的正确性通过与商业软件ADAMS和NASTRAN的联合仿真对比得到了验证,该模型能够有效地预测太阳阵的展开历程以及航天器姿态的动态行为.

关键词：柔性太阳阵展开动力学铰摩擦单向递推组集虚功率原理