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两种中低速磁浮车辆动力学性能仿真对比分析

机械工程学报 2023年第10期59卷 311-322页

作者：胡帛茹赵春发蔡文锋龚俊虎冯洋西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁磁浮交通投资建设有限公司武汉430060

针对采用空簧端置式悬浮架的传统中低速磁浮车辆和采用空簧中置式悬浮架的新型中低速磁浮车辆,建立考虑主动悬浮控制的车辆动力学模型,仿真分析两种磁浮车辆直线运行和平面曲线通过时的动力学响应。结果表明,新型磁浮车辆直线运行的动... 详细信息

针对采用空簧端置式悬浮架的传统中低速磁浮车辆和采用空簧中置式悬浮架的新型中低速磁浮车辆,建立考虑主动悬浮控制的车辆动力学模型,仿真分析两种磁浮车辆直线运行和平面曲线通过时的动力学响应。结果表明,新型磁浮车辆直线运行的动力学性能优于传统磁浮车辆,在时速160 km以内新型磁浮车辆的运行平稳性均为优秀;速度大于120 km/h以后,传统磁浮车辆直线运行的动力学性能明显恶化,横向平稳性达不到优秀级。通过半径300 m及以上平面曲线时,两种磁浮车辆的动力学响应差别不大;在半径50m无超高平面曲线上,传统磁浮车辆发生了磁轨横向机械碰撞,而新型磁浮车辆可无接触通过;在半径100 m有超高平面曲线上,新型磁浮车辆的动力学性能劣于传统磁浮车辆,主要表现为缓和曲线段悬浮间隙波动和电磁铁横移量更大,磁轨间发生横向碰撞的风险较大。

关键词：磁浮车辆悬浮架反馈控制多体动力学运行平稳性曲线通过

基于多体接触瞬态动力学不对中故障模拟及试验验证

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机械工程学报 2023年第13期59卷 133-147页

作者：左彦飞李宁马波史守州冯坤北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室北京100029 北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029

提出一种基于多体接触瞬态动力学的转子系统不对中故障等效模拟分析方法,通过偏移(偏转)驱动转速,模拟各部件非线性接触运动产生不对中激励,分析了模拟方法的力学等效性。以典型电机-泵系统为对象,建立了多体动力学模型,获得了高次谐波... 详细信息

提出一种基于多体接触瞬态动力学的转子系统不对中故障等效模拟分析方法,通过偏移(偏转)驱动转速,模拟各部件非线性接触运动产生不对中激励,分析了模拟方法的力学等效性。以典型电机-泵系统为对象,建立了多体动力学模型,获得了高次谐波及相应相位特征,研究了螺栓与半联轴器、滚动体与内外圈的瞬态接触力及箱体振动响应,得到了高次谐波特征产生机理及联轴器两侧振动相位特征。通过试验测试,验证了模拟分析方法模拟主要故障特征的正确性。结果表明:单个螺栓与半联轴器间的瞬态接触力是产生不对中故障特征的激励源;箱体振动响应频谱中除产生1、2倍频外,还产生3、4倍频等高次谐波;平行(角度)不对中时联轴器两侧径向2倍频(1倍频)相位差为180°(0°)左右,且随不对中量增大呈递减(递增)趋势;箱体振动仿真及测试结果的故障特征频率大小一致,各特征频率幅值相对大小、幅值随不对中量变化规律均具有较好的一致性。

关键词：联轴器不对中电机-泵系统频谱分析振动相位多体动力学

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组合式飞行器多体动力学建模与飞行力学特性

兵工学报 2023年第8期44卷 2245-2262页

作者：杜万闪周洲拜昱张志林王科雷西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国兵器工业第203研究所陕西西安710061

为精确、完整地描述组合式多体飞行器空间运动位形,基于拟坐标形式的Lagrange方程提出反映相对滚转运动的8自由度组合式三体飞行器动力学建模方法。采用计算流体力学方法建立考虑气动耦合效应的组合式飞行器系统气动力数据库。通过算例... 详细信息

为精确、完整地描述组合式多体飞行器空间运动位形,基于拟坐标形式的Lagrange方程提出反映相对滚转运动的8自由度组合式三体飞行器动力学建模方法。采用计算流体力学方法建立考虑气动耦合效应的组合式飞行器系统气动力数据库。通过算例将所建模型与ADAMS软件的仿真结果进行对比,验证所建模型的准确性。在此基础上,进行配平方案及飞行力学特性研究,分析比较飞行器在不同配平状态的动力学特性,并基于串级PID控制方法进行增稳控制研究。研究结果表明:所建模型有效反映了组合式飞行器的相对运动;在给定配平方案及飞行工况后,该构型飞行器存在“对称下反”和“对称上反”两个配平状态,在两个状态下的相对滚转运动静稳定性显著不同;除了传统飞行力学模态,该构型飞行器还存在由相对滚转运动主导的4个新生运动模态,按运动特性可分为复合对称运动和复合反对称运动两类;针对在无控状态下该构型飞行器无法长期保持稳定飞行的问题,所提增稳控制方案合理有效,可以快速镇定发散的飞行力学系统;所提建模方法和增稳控制方案可为多体飞行器设计分析提供指导和参考。

关键词：组合式飞行器多体动力学飞行力学特性拟坐标增稳控制

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含柔性动平台并联机器人动力学建模方法研究

农业机械学报 2023年第12期54卷 417-430页

作者：刘凉汪博深冯建峰赵新华天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

针对含柔性动平台的空间并联机器人刚柔耦合问题,基于Bézier三角形与绝对节点坐标法提出一种高阶柔性三角形厚板单元模型和连续性约束条件,基于该模型分析动平台变形状态及其对系统动力学特性的影响。利用自然坐标法与绝对节点坐标法... 详细信息

针对含柔性动平台的空间并联机器人刚柔耦合问题,基于Bézier三角形与绝对节点坐标法提出一种高阶柔性三角形厚板单元模型和连续性约束条件,基于该模型分析动平台变形状态及其对系统动力学特性的影响。利用自然坐标法与绝对节点坐标法建立刚柔耦合系统动力学模型,通过引入板单元第4个面积坐标的二阶梯度来描述厚度方向上的变形并解决泊松闭锁问题,结合广义-α法与牛顿迭代法求解动力学方程,并对系统静力学模型和动力学模型进行仿真分析。结果表明,动平台在运动过程中产生的周期性凹陷变形对机器人空间位姿的影响与机构布局方式、质量分布和负载作用方式完全一致,系统刚性构件与柔性动平台的运动耦合方式符合多体动力学模型的非线性规律;运动轨迹误差低于1.2×10^(-12)mm,动力学方程和约束方程迭代误差均小于设定阈值10^(-6)和10^(-14),求解精度能满足工程应用要求;基于不同参数开展仿真对比分析,验证了所述方法的有效性和通用性。

关键词：机器人三角形厚板单元刚柔耦合多体动力学

高机动履带车辆动力学建模与悬挂特性优化研究

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中国科学:技术科学 2023年第9期53卷 1545-1555页

作者：陈轶杰张亚峰徐龙杜甫郑凤杰中国北方车辆研究所北京100072 北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

针对坦克装甲车辆在越野机动能力方面的迫切需求,开展了履带式行动系统动力学建模研究.整理得到多体动力学方程变分形式的矩阵表达式,提出以笛卡儿坐标和相对坐标相结合的方式分别推导车体和平衡肘-负重轮对系统广义坐标的贡献方程组,... 详细信息

针对坦克装甲车辆在越野机动能力方面的迫切需求,开展了履带式行动系统动力学建模研究.整理得到多体动力学方程变分形式的矩阵表达式,提出以笛卡儿坐标和相对坐标相结合的方式分别推导车体和平衡肘-负重轮对系统广义坐标的贡献方程组,同时考虑了履带对车体及负重轮的受力关系,以及履带节距对地面的滤波作用.通过数值计算在频域对比分析了不同路面和车速下车体加速度和悬挂相对行程随阻尼比变化的影响规律,确定了基础阻尼比,进一步在时域环境对悬挂系统不同轮位和单轮压缩与复原行程的阻尼特性配比进行优化,通过相同路面的仿真对比得出的分配结果能够有效提高车辆的行驶平顺性和越野通过性能,为制定行动系统预测设计方法奠定了基础.

关键词：高机动履带车辆行动系统多体动力学阻尼比

海洋核动力平台定位系统多体动力学建模与分析

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力学学报 2022年第5期54卷 1443-1455页

作者：郭冲冲武文华吴国东曹光明吕柏呈大连理工大学工业装备与结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学深圳研究院广东深圳518057 武汉第二船舶设计研究所武汉430064 中国海洋石油有限公司研究总院北京100028

海洋核动力平台可以为海上油气开发、偏远岛屿和海水淡化等提供稳定的能源供给,是具有潜力的重要海洋装备.定位系统作为核动力平台的核心部位,主要由单点转塔、YOKE刚臂、系泊腿和系泊支架组成,属于典型的多刚体动力学系统.对定位系统... 详细信息

海洋核动力平台可以为海上油气开发、偏远岛屿和海水淡化等提供稳定的能源供给,是具有潜力的重要海洋装备.定位系统作为核动力平台的核心部位,主要由单点转塔、YOKE刚臂、系泊腿和系泊支架组成,属于典型的多刚体动力学系统.对定位系统进行多体动力学分析可以提高核动力平台长期作业的可靠性.基于多刚体动力学理论,结合定位系统多铰连接的拓扑结构,建立了定位系统的多体动力仿真模型;进而考虑核动力平台作业海洋环境,通过谱分析与线性叠加原理得到核动力平台在多年重现期下的六自由度运动时程.以我国首座海洋核动力平台为例,利用多体动力学模型分别计算了一年一遇、十年一遇和百年一遇海况下定位系统的系泊回复力与连接结构受力行为.计算结果与准静力学模型、Kane动力学模型进行对比,给出了定位系统的系泊回复刚度曲线,并提出了系泊回复力动力放大系数.研究可为定位系统系泊能力评估和各连接结构受力分析提供参考和借鉴.

关键词：海洋核动力平台定位系统多体动力学系泊力动力放大系数

侧向过岔时轮径差对高速车辆动力学性能的影响

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振动与冲击 2023年第7期42卷 154-161,179页

作者：刘泊邑王平徐井芒闫正陈嘉胤西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031

轮径差的出现会影响高速车辆通过道岔时的动态性能,尤其是侧向过岔的情况。为进一步揭示其影响规律,本文以高速车辆和18号高速道岔为例,建立车辆—道岔耦合动力学模型,分析不同轮径差下高速车辆以80 km/h侧向过岔时的动力学特性。结果表... 详细信息

轮径差的出现会影响高速车辆通过道岔时的动态性能,尤其是侧向过岔的情况。为进一步揭示其影响规律,本文以高速车辆和18号高速道岔为例,建立车辆—道岔耦合动力学模型,分析不同轮径差下高速车辆以80 km/h侧向过岔时的动力学特性。结果表明,大轮径位于尖轨侧时,等值同相轮径差会减小轮轨横向力和车体横向加速度;大轮径位于基本轨侧时,等值反相轮径差会增大高速车辆侧向过岔时的脱轨系数和轮重减载率。由于实际运营中高速车辆轮径差类型不确定,应尽量避免轮径差超过1 mm,以确保高速车辆侧向过岔时的安全性与平稳性不受影响;尖轨侧车轮轮径大于基本轨侧时车轮磨耗加剧,故应避免此类情况发生,以延长车轮和钢轨的寿命。

关键词：轮径差多体动力学高速车辆道岔

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履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

兵工学报 2024年第5期45卷 1384-1401页

作者：吴锐于会龙董昊天席军强北京理工大学机械与车辆学院北京100081

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制... 详细信息

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

关键词：履带车辆多体动力学精细化建模履带链模型动力学建模仿真

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基于多体动力学的道岔导曲线线型优化研究

振动与冲击 2022年第6期41卷 15-20页

作者：周俊召罗雁云廖博同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804

为提升道岔侧向通过性能,结合道岔结构特点,提出通过降低侧股内轨导曲线的方式达到在道岔设置超高的目的。以42号道岔为例,设计了加设超高的三次缓和曲线-三次缓和曲线组合线型和加设超高的七次缓和曲线-七次缓和曲线组合线型两种新线型... 详细信息

为提升道岔侧向通过性能,结合道岔结构特点,提出通过降低侧股内轨导曲线的方式达到在道岔设置超高的目的。以42号道岔为例,设计了加设超高的三次缓和曲线-三次缓和曲线组合线型和加设超高的七次缓和曲线-七次缓和曲线组合线型两种新线型,建立了车辆-道岔动力学耦合模型,经过动力学计算,对比不同工况下的脱轨系数和轮轨横向力,发现在导曲线设置超高和使用高次曲线是有效的,较现有线型能提高车辆侧向过岔的安全性和过岔速度。在设计速度下新线型的脱轨系数极值与现有线型相比降低幅度为14.4%~20.0%,轮轨横向力极值降低幅度为14.5%~26.4%。

关键词：道岔超高多体动力学导曲线