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基于动力学联合仿真的QS-650型清筛机耙齿磨损分析

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基于动力学联合仿真的QS-650型清筛机耙齿磨损分析

作者：邓家善湖南大学

学位级别：硕士

随着我国铁路建设的快速发展,提高铁路的安全行驶程度日益受到重视。道床的质量问题是影响铁路运输效率和运输平稳性的关键因素之一,当道床受到的污染达到一定程度时,道床会发生板结现象,降低列车行驶平稳性。为防止线路出现道床板结现... 详细信息

随着我国铁路建设的快速发展,提高铁路的安全行驶程度日益受到重视。道床的质量问题是影响铁路运输效率和运输平稳性的关键因素之一,当道床受到的污染达到一定程度时,道床会发生板结现象,降低列车行驶平稳性。为防止线路出现道床板结现象,需定期对道床进行清筛作业。清筛机挖掘链是清筛机挖掘作业的主要挖掘装置,在挖掘过程中,挖掘链耙齿受到道砟不断的冲击和摩擦而磨损。耙齿的不断磨损会使挖掘链失效,影响清筛机的挖掘效率。通过对清筛机挖掘道砟过程进行模拟仿真,计算耙齿的磨损深度,可为研究和改进耙齿的结构提供参考价值和理论依据。本文以QS-650型全断面清筛机挖掘系统为研究对象,对一般板结道床进行挖掘作业,运用动力学联合仿真的思路,对挖掘链挖掘道砟过程中耙齿的磨损深度进行分析研究。主要工作可归纳如下:(1)基于动力学联合仿真思路提出计算耙齿磨损深度的有限元模拟流程。运用运动学软件SIMPACK,对挖掘链传动系统进行运动学分析。对导槽和挖掘链进行适当的简化,建立挖掘链传动系统的运动学模型,对挖掘链整体链条进行张紧模拟,对驱动链轮施加驱动力,使链条以3.2m/s的线速度运动。通过对SIMPACK中的传感器进行设置,输出耙齿在水平挖掘过程中,耙齿上销孔位置的速度时间曲线。(2)基于ARCHARD磨损模型,推导出耙齿磨损深度计算公式。耙齿在挖掘道砟过程的磨损深度主要与耙齿齿尖的应力相关,通过对齿尖的应力时间曲线进行积分,并乘以耙齿与道砟的滑移速度以及线性磨损系数,得到齿尖的磨损深度。在HYPERMESH的LS-DYNA模块中,对耙齿挖掘道砟过程进行有限元建模。在有限元模型中将运动分析得到的销孔的速度时间曲线,通过速度边界的加载方式加载到链销上,模拟两个耙齿挖掘道砟的过程,输出耙齿齿尖部分单元的应力时间曲线,通过耙齿磨损计算公式得到单次挖掘过程耙齿的磨损深度。(3)对挖掘过程耙齿受到的理论挖掘阻力进行计算。对耙齿在理论挖掘阻力作用下做静力学分析,分析耙齿的应力分布情况。模拟耙齿在理论挖掘阻力作用下的挖掘过程,得到理论挖掘阻力下齿尖单元的应力时间曲线,通过对耙齿磨损公式的计算,得到理论挖掘阻力下耙齿的磨损深度,验证耙齿挖掘道砟模型的可行性。

关键词： QS-650型清筛机挖掘链 ARCHARD模型磨损动力学联合仿真

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基于动力学联合仿真的清筛机耙齿磨损分析

计算机辅助工程 2018年第3期27卷 15-20页

作者：邓家善裴泳杰王海波崔向阳湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 西南交通大学机械工程学院成都610031

针对在道砟清筛机工作时挖掘链耙齿受到较强的冲击和严重的摩擦导致挖掘链失效的问题,基于动力学联合仿真思想,运用SIMPACK和LS-DYNA对耙齿磨损进行预测,提出一种基于Archard模型与有限元仿真相结合的耙齿磨损的分析方法。对单次循环挖... 详细信息

针对在道砟清筛机工作时挖掘链耙齿受到较强的冲击和严重的摩擦导致挖掘链失效的问题,基于动力学联合仿真思想,运用SIMPACK和LS-DYNA对耙齿磨损进行预测,提出一种基于Archard模型与有限元仿真相结合的耙齿磨损的分析方法。对单次循环挖掘过程中单个耙齿的应力曲线进行积分得到耙齿的磨损深度,为研究和改进耙齿性能提供依据。

关键词：动力学联合仿真耙齿磨损 Archard模型挖掘链有限元

小行星着陆遇阻电磁阻尼缓冲特性仿真及试验分析

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小行星着陆遇阻电磁阻尼缓冲特性仿真及试验分析

作者：艾鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

国际深空探测热潮方兴未艾,小行星探测在探索太阳系起源及小行星资源开发等方面具有重要意义。小行星附着探测科研价值高,攻克弱引力小行星软着陆技术是实现附着探测的前提。小行星引力弱、星表环境复杂,电磁阻尼缓冲系统输出阻尼力可控... 详细信息

国际深空探测热潮方兴未艾,小行星探测在探索太阳系起源及小行星资源开发等方面具有重要意义。小行星附着探测科研价值高,攻克弱引力小行星软着陆技术是实现附着探测的前提。小行星引力弱、星表环境复杂,电磁阻尼缓冲系统输出阻尼力可控,能避免探测器于弱引力环境下着陆时发生反弹;探测器着陆时受到星表障碍阻挡后极易发生倾覆,开展探测器遇阻着陆电磁阻尼缓冲特性分析与试验研究,在推进小行星软着陆技术发展方面具有重要意义。对小行星探测器遇阻着陆过程进行动力学联合仿真分析。针对ADAMS难以反映着陆过程中的真实碰撞情况,提出了基于ANSYS与神经网络的ADAMS碰撞参数整定方法,极大提高了ADAMS对真实着陆情况的仿真程度;基于电磁阻尼系统遇阻着陆工况分析,建立了阻尼电机控制模型,编写了电磁阻尼系统控制程序,完成了遇阻着陆过程动力学联合仿真建模。基于动力学联合仿真模型,开展了探测器遇阻着陆过程仿真。针对探测器着陆过程发生反弹,提出了基于着陆腿与本体间相对速度对阻尼力进行控制的方法,通过仿真验证了该方法能有效避免探测器着陆时发生反弹。将探测器自身着陆姿态参数化为偏航角,完成了不同偏航角下的遇阻着陆过程仿真,仿真表明切向着陆速度与着陆倾角是导致探测器倾覆的主要因素。基于仿真结果建立了0°偏航角探测器倾覆预测模型,理论模型与仿真结果误差小于10%。利用遇阻着陆试验系统开展了两着陆腿探测器遇阻着陆过程试验,验证了动力学联合仿真方法的正确性。针对小行星星壤物理特性未知的问题,开展了砂岩、泡沫模拟星壤下的遇阻着陆试验,试验表明电磁阻尼系统的地形适应性较好,切向着陆速度和着陆倾角的增加均会使缓冲时间增加,法向着陆速度增加会增大缓冲位移;试验与仿真中遇阻着陆各阶段特征一致,在法向、切向着陆速度均为100 mm/s时,仿真与试验中不同着陆倾角下的缓冲时间误差小于15%,验证了动力学联合仿真方法正确性。

关键词：小行星探测电磁阻尼遇阻着陆动力学联合仿真着陆特性

基于足—地作用建模的六足机器人动力学仿真研究

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基于足—地作用建模的六足机器人动力学仿真研究

作者：宋建虎哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

NASA研发的全地形六足探测器“ATHLETE”为美国即将建立的移动月球基地提供了强大的载体，其完善的地形适应能力和42自由度冗余驱动功能向世界展示了足/腿式机器人的发展潜力。足/腿式机器人有别于传统的轮式移动平台，将会以其独特的... 详细信息

NASA研发的全地形六足探测器“ATHLETE”为美国即将建立的移动月球基地提供了强大的载体，其完善的地形适应能力和42自由度冗余驱动功能向世界展示了足/腿式机器人的发展潜力。足/腿式机器人有别于传统的轮式移动平台，将会以其独特的优势在复杂苛刻地形环境的物资运输、星球探测等领域发挥重要作用。足-地作用力学是机器人的机体与地形界面接触的唯一载体，决定了机器人的移动特性和承载能力，本课题围绕六足机器人的足-地力学模型展开研究，并基于足-地力学模型对机器人进行动力学联合仿真分析。课题研究了硬地质环境中的足-地力学模型，建立了柔性足与硬地质环境的非线性刚度-阻尼力学模型，提出了Coulomb切向模型的改进形式，分析了模型的参数辨识方案，以此编写了模型参数的辨识程序。设计加工了带有柔性足的实验腿，以六维力/力矩传感器、直线位移传感器、信号数据控制处理系统等为核心，组建了足-地力学模型试验系统。通过实验平台研究了硬地质环境中的足-地力学模型，对模型参数进行了辨识求解。以地面力学的应力分布理论为基础，推导了松软地质环境中的足-地应力积分模型。提出了松软地质环境中的复合非线性刚度-阻尼模型，并分析了应力积分模型和复合非线性刚度-阻尼模型的统一形式。通过实验平台对模型进行参数辨识研究，以建立完备的足-地力学模型解析式。基于上述研究的足-地力学模型，以Fortran语言编写了模型的二次开发程序，以此生成了动力学仿真软件ADAMS的动态链接库;分析了Matlab/Simulink与ADAMS的动力学联合仿真平台，在推导的足-地力学模型的解算基础上，对六足机器人进行了整体动力学仿真分析。通过本课题的工作，建立了硬地质和松软地质环境中的足-地力学模型，同时，基于足-地力学模型的联合仿真分析为机器人的结构设计提供了参考，为多足机器人的多自由度冗余驱动控制算法提供了虚拟验证平台。

关键词：六足机器人足-地力学参数辨识动力学联合仿真二次开发

行星齿轮传动系统刚柔耦合建模及故障特性仿真研究

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机械传动 2021年第3期45卷 46-51页

作者：王子涵冯辅周丛华王杰陆军装甲兵学院车辆工程系北京100071 中国人民解放军66028部队河北承德067022

针对某型坦克行星变速箱的K3行星排,为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响,运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件,建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析,验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应;通... 详细信息

针对某型坦克行星变速箱的K3行星排,为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响,运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件,建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析,验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应;通过分析危险节点应力变化曲线,得到应力极大值时刻等效应力分布云图;阐明了轮齿剥落故障产生原因并模拟故障运行,与正常状态下的接触力、加速度仿真信号对比分析,得到了轮齿剥落故障的时域、频域响应特征。仿真结果可为行星变速箱的故障机理、故障诊断技术研究提供基础依据与理论支撑。

关键词：行星齿轮传动系统刚柔耦合模型动力学联合仿真故障特征响应

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动力踝关节假肢设计与仿真

制造业自动化 2014年第11期36卷 40-42,64页

作者：冉洋冰曹恒朱钧华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

介绍了踝关节假肢的发展现状,为了达到人体理想的行走步态,对一个周期内的步态过程进行了研究,设计了一种具有主动驱动力源的踝关节假肢模型,整个机构采用串联弹性驱动系统和并联弹性板辅助来模拟步态整个周期运动过程。通过使用Solidwo... 详细信息

介绍了踝关节假肢的发展现状,为了达到人体理想的行走步态,对一个周期内的步态过程进行了研究,设计了一种具有主动驱动力源的踝关节假肢模型,整个机构采用串联弹性驱动系统和并联弹性板辅助来模拟步态整个周期运动过程。通过使用Solidworks、ANSYS和ADAMS软件的虚拟样机联合仿真,进行了一个步态周期内的踝关节假肢的仿真过程,结果表明该踝关节假肢模型能够实现正常的步态运动,并能够得到类似正常人体行走的踝关节角度和角速度曲线,验证了机构的可行性。

关键词：踝关节假肢虚拟样机技术动力学联合仿真

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三自由度垂向精密工作台滑模控制方法研究

三自由度垂向精密工作台滑模控制方法研究

作者：赵子威哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

工件台是光刻机的核心子系统之一,在对硅片进行对准、调平调焦和扫描曝光等的操作中发挥着十分关键的作用。六自由度的微动台是工件台的核心部件,其跟踪定位精度直接影响光刻机的分辨率。微动台的六个自由度可以分为水平方向和垂直方向... 详细信息

工件台是光刻机的核心子系统之一,在对硅片进行对准、调平调焦和扫描曝光等的操作中发挥着十分关键的作用。六自由度的微动台是工件台的核心部件,其跟踪定位精度直接影响光刻机的分辨率。微动台的六个自由度可以分为水平方向和垂直方向两组。水平方向包含X、Y、Rz三个自由度,主要完成硅片的对准和步进扫描,垂直方向包含Rx、Ry、Z三个自由度,主要完成调平调焦。本文主要研究对垂向三自由度的控制,研究内容如下:(1)分析了光刻机的整体结构和工作流程,详细分析了单工件台和双工件台的调平调焦技术,分析了工件台的控制精度指标,并规划了单自由度的运动轨迹为三阶S曲线。(2)进行了工件台垂向三自由度的动力学建模与解耦控制,通过卡尔丹角变换建立工件台垂向三个自由度的动力学模型,研究了垂向三自由度的解耦问题。通过Simulink与Adams联合仿真验证了所建立模型的正确性。(3)根据滑模控制的设计方法,使用趋近律方法设计了滑模控制器,并分析其抖振原因,再从削弱抖振的考量出发设计了边界层滑模控制器与超螺旋滑模控制器。然后,为了抑制干扰,引入了扩张状态观测器,观测系统受到的扰动,将观测结果前馈进行补偿,提高了系统抑制扰动的能力,也在一定程度上降低了抖振。通过仿真对这几种控制器的控制效果进行了对比。(4)分析了模糊控制的原理和模糊系统的组成,讨论了滑模控制和模糊控制结合的几种方法。然后设计了一种自适应模糊滑模控制器,使用粒子群算法优化控制器相关参数,最终得到了一个跟踪精度高并且抖振很小的控制器,通过仿真验证了控制效果。

关键词：滑模控制模糊控制动力学解耦动力学联合仿真

光刻机掩模台六自由度解耦仿真及宏动轨迹规划

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光刻机掩模台六自由度解耦仿真及宏动轨迹规划

作者：潘昌瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在信息时代，大规模集成电路制造技术的重要性日益凸显，而光刻机作为集成电路制造的核心设备，其重要性是不言而喻的。双工件台及掩模台系统是光刻机的核心部件，二者需要在控制系统作用下，在曝光的过程中实现高速、高效、高精度的同... 详细信息

在信息时代，大规模集成电路制造技术的重要性日益凸显，而光刻机作为集成电路制造的核心设备，其重要性是不言而喻的。双工件台及掩模台系统是光刻机的核心部件，二者需要在控制系统作用下，在曝光的过程中实现高速、高效、高精度的同步扫描运动。本文主要研究掩模台系统。承载着掩模板的微动台一方面可以结合宏动台实现大范围的扫描运动，另一方面其在空间的各个自由度方向均可运动，必须加以主动控制，才能在光刻的过程中，满足定位指标。本文对掩模台微动台进行了六自由度解耦仿真，并就宏动台的运动轨迹进行了规划，在掩模台上进行实验验证。首先，对掩模台的机械结构和功能进行分析，分析得出掩模台微动台在六个自由度方向上存在耦合关系，从微动台的运动位置几何关系和运动的力学合成分解关系两个方面，进行六自由度解耦求解，得出用矩阵表示的相应解耦关系式。接着，进行关于掩模台微动运动控制系统的设计，先是在Adams中建立微动台的虚拟样机模型，设置环境变量，实现与Simulink相结合的联合控制仿真。在Simulink中，基于第二章的两种解耦分析方法，采用两种控制策略，设计控制系统。最后在联合仿真环境中进行控制系统仿真，并对结果进行分析，得出采用位置解耦关系设计的控制系统存在一定的困难，采用力学解耦关系设计控制系统较为可行。然后，对于掩模台系统的宏动运动轨迹进行合理规划，采用三阶运动曲线规划掩模台的运动轨迹，并给出了具体的轨迹规划计算过程。此外为实现在工程样机上进行相关实验，对控制系统的软件进行设计，在分析总体软件功能结构的基础之上，分部分进行介绍。其中包括上位机设计分析、基于VxWorks操作系统的VG5板卡多任务嵌入式程序设计、传感器数据采集板卡FPGA逻辑设计以及运动控制板卡的逻辑模块和控制算法设计。在最后的实验章节，首先进行宏动台20mm的阶跃实验，可以实现响应上升时间16ms,稳态定位精度±0.3μm;接着进行宏动台的正弦跟踪动态实验，实现了10Hz的正弦曲线跟踪;然后在掩模台宏动台上完成扫描运动实验，实验中实现宏动台的响应曲线从加速结束到匀速扫描稳定时间小于30ms,在1m/s的匀速扫描阶段，实现位置跟踪误差小于10μm，速度及匀速位置跟踪误差满足宏动台的设计指标。

关键词：掩模台运动控制解耦动力学联合仿真

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移动式C臂X线机控制系统的研发

移动式C臂X线机控制系统的研发

作者：丁少文上海交通大学

学位级别：硕士

新世纪以来，我国医疗器械行业取得巨大发展，伴随着人口老龄化进程的加速、老百姓健康保健意识的显著提升以及政府政策的不断引导，我国医疗器械行业有着广阔的发展前景。然而，国内医疗器械行业蓬勃发展的背后却暗藏隐忧，目前国内高... 详细信息

新世纪以来，我国医疗器械行业取得巨大发展，伴随着人口老龄化进程的加速、老百姓健康保健意识的显著提升以及政府政策的不断引导，我国医疗器械行业有着广阔的发展前景。然而，国内医疗器械行业蓬勃发展的背后却暗藏隐忧，目前国内高端市场大部分被国外企业占据，与他们相比，国内企业总体技术水平尚有较大差距。作为重要的术中成像设备，多年来移动式C臂X线机在众多手术中得以广泛应用。本课题致力于移动式C臂X线机的自主研发，包括其整机运动控制系统、图像处理系统等各模块，本文的主要工作内容为其运动控制系统的研发，如下：1.依据机器人学中的DH法则建立坐标系，对移动式C臂X线机进行正运动学分析，给出两种逆运动学问题求解方法。2.回顾伺服系统的发展，然后对基于交流永磁同步电机和三相异步电机的交流伺服系统进行详尽的分析，分别搭建仿真模型验证对其建模和控制理论的准确性和可行性，根据两类伺服系统的实际应用背景及仿真结果选定针对移动式C臂X线机的伺服系统，为下一章与虚拟样机的动力学联合仿真奠定基础。3.针对移动式C臂X线机的运动控制，选取各关节独立控制的方案。在Adams中对X线机的机构模型添加约束、作用力/力矩、阻尼、输入输出变量等，搭建X线机的虚拟样机模型。完成了基于Matlab/Simulink中控制模型和Adams中虚拟样机模型的X线机动力学联合仿真，仿真结果X线机末端位姿误差在毫米以内，尤其是姿态向量误差在微米级别，表明本文设计的运动控制系统能够满足X线机的应用要求，从而为物理样机的设计、器件选型等提供必要的参考，并且为未来系统机构、控制系统等的优化奠定基础。4.设计并开发X射线源控制板，完成对射线源、限束器、电磁锁等的控制。

关键词： C臂X线机 DH法则交流伺服系统虚拟样机动力学联合仿真