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星上柔性线缆绑扎点摩擦力分析与试验研究

应用力学学报 2023年

作者：王子权李金柱高雪峰吴云强林颖杰罗智文蒋冬磊上海卫星装备研究所

针对星上柔性线缆采用现有工艺绑扎、固定、扎紧后所产生的摩擦力大小未可知等问题，进行了柔性线缆绑扎点摩擦力分析与试验研究。建立了尼龙扎带绑扎线缆束等效模型，对绑扎点进行了受力分析，建立了绑扎点摩擦力计算公式，公式表明摩... 详细信息

针对星上柔性线缆采用现有工艺绑扎、固定、扎紧后所产生的摩擦力大小未可知等问题，进行了柔性线缆绑扎点摩擦力分析与试验研究。建立了尼龙扎带绑扎线缆束等效模型，对绑扎点进行了受力分析，建立了绑扎点摩擦力计算公式，公式表明摩擦力的大小与线缆束直径、硅橡胶胶带缠绕圈数、尼龙扎带宽度、绑扎力有关。进行了直径为5.06mm、8.02mm、24.02mm、38.04mm的线缆在胶带不同缠绕圈数下的摩擦力试验，并与理论计算值进行了对比分析，得出理论模型计算精度达95%以上，可较准确地估算实际摩擦力大小，为星上柔性线缆绑扎点摩擦力理论与试验研究提供了参考和基础。

关键词：柔性线缆绑扎点等效模型摩擦力试验研究

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柔性线缆连接的分离式卫星动力学建模

宇航学报 2017年第1期38卷 1-9页

作者：庞岩李静刘磊大连理工大学航空航天学院大连116024 工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 西北工业大学航天学院西安710072

基于拉格朗日法建立柔性线缆连接的分离式磁耦合卫星刚柔耦合动力学模型,并基于该模型研究柔性线缆对分离式卫星隔振性能以及指向性能的影响。仿真结果表明,柔性线缆将明显降低分离式卫星对服务模块低频扰动的隔振性能,由于柔性线缆的存... 详细信息

基于拉格朗日法建立柔性线缆连接的分离式磁耦合卫星刚柔耦合动力学模型,并基于该模型研究柔性线缆对分离式卫星隔振性能以及指向性能的影响。仿真结果表明,柔性线缆将明显降低分离式卫星对服务模块低频扰动的隔振性能,由于柔性线缆的存在,低频扰动将使载荷模块稳态时的姿态精度和稳定度大幅下降。柔性线缆也会影响载荷模块的指向控制精度,采用相同的PD控制器,有柔性线缆时载荷模块指向稳态误差大于无柔性线缆时载荷模块指向稳态误差4个数量级。柔性线缆对载荷模块性能影响明显,所建动力学模型对提高分离式卫星建模和控制精度有重要意义。

关键词：分离式卫星柔性线缆拉格朗日法刚柔耦合动力学

基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真技术

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计算机辅助设计与图形学学报 2017年第7期29卷 1343-1355页

作者：王发麟廖文和郭宇王晓飞南京航空航天大学机电学院南京210016 南京电子技术研究所南京210039

复杂机电产品中柔性线缆敷设时空间位姿和形态易发生变化,从而导致线缆在敷设过程中线缆取样信息不准确,严重影响线缆敷设效率.为此,提出一种基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真方法.该方法针对线缆大变形特性,先建... 详细信息

复杂机电产品中柔性线缆敷设时空间位姿和形态易发生变化,从而导致线缆在敷设过程中线缆取样信息不准确,严重影响线缆敷设效率.为此,提出一种基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真方法.该方法针对线缆大变形特性,先建立线缆活动标架和线缆参数化模型,并分析线缆的空间演化过程;其次对线缆空间位姿和形态进行描述,综合考虑线缆的几何特性和物理特性建立了基于精确Cosserat模型的线缆物理特性模型,构建出柔性线缆的动力学平衡方程;最后对模型进行数值积分求解,模拟线缆在敷设过程中的变形过程.文中设计并开发了相应的柔性线缆布局仿真原型系统,并通过实例对文中方法进行了验证.

关键词：柔性线缆物理特性建模变形仿真精确Cosserat模型数值计算

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复杂机电产品中的柔性线缆装配过程仿真技术

计算机辅助设计与图形学学报 2012年第6期24卷 822-831页

作者：尚炜宁汝新刘检华王志斌北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室北京100081

针对复杂机电产品中柔性线缆结构复杂且在装配操作中发生变形而导致的装配过程仿真难的问题,系统地提出了柔性线缆装配过程仿真的解决方案及其关键技术的实现方法.首先提出一种基于元素包含关系和无向图的线缆数字化表达模型,实现了复... 详细信息

针对复杂机电产品中柔性线缆结构复杂且在装配操作中发生变形而导致的装配过程仿真难的问题,系统地提出了柔性线缆装配过程仿真的解决方案及其关键技术的实现方法.首先提出一种基于元素包含关系和无向图的线缆数字化表达模型,实现了复杂线缆拓扑、几何和属性信息的统一表达,为装配过程仿真奠定了基础;然后提出一种改进的层次链装配过程模型,统一处理针对不同对象的装配任务和装配操作等,实现了装配过程中线缆和结构件交叉装配任务和装配操作的表达和存储;最后建立一种改进的线缆质点-弹簧模型,通过添加长度变化约束并设定典型装配操作中的约束条件,实现了线缆在装配仿真中柔性形变的实时仿真.在开发的原型系统中实现了柔性线缆的装配过程仿真,并通过实例验证了文中方法的可行性.

关键词：柔性线缆装配仿真质点-弹簧模型装配过程建模

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拖拽下大变形柔性线缆力学特性分析与测试

机械工程学报 2015年第23期51卷 36-45页

作者：游斌弟郑天骄陈军杨斌久赵阳哈尔滨工业大学船舶与海洋工程学院威海264209 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为克服布线时柔性线缆因复杂空间形态而导致的难以精确地描述其运动状态、力学性能等问题,基于弹性细杆思想,建立大变形柔性线缆动力学模型,分析大变形线缆力学特性。建立线缆考虑空间约束、自重及拖拽与摩擦作用的动力学模型;推导大变... 详细信息

为克服布线时柔性线缆因复杂空间形态而导致的难以精确地描述其运动状态、力学性能等问题,基于弹性细杆思想,建立大变形柔性线缆动力学模型,分析大变形线缆力学特性。建立线缆考虑空间约束、自重及拖拽与摩擦作用的动力学模型;推导大变形线缆的本构关系与运动参数表达式,并进一步构建典型运动情形下大变形柔性线缆的动力学模型;通过对线缆力学特性进行仿真分析与试验测试,得到了弯曲与拖拽运动下线缆的几何姿态、运动规律及受力情况。结果表明,弯曲线缆的曲率极值点为关键点,决定线缆整体运动形态与受力的趋势;线缆的拖拽运动类似于行波传动;同时试验实现了通过线缆力学模型逆推出其空间形态,验证了所建模型的正确性,为线缆路径规划提供了理论依据。

关键词：柔性线缆大变形动力学建模仿真与试验

基于质点-弹簧系统的柔性线缆建模及其运动仿真

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系统仿真学报 2014年第4期26卷 733-738,779页

作者：马立元谢世富刘鹏远马龙军械工程学院导弹工程系石家庄050003 武汉军械士官学校导弹系武汉430075

针对虚拟环境下柔性线缆在拾取和牵引等操作过程中的运动仿真问题,提出了一种基于质点-弹簧系统的仿真方法。首先建立线缆的质点-弹簧模型,同时采用显示欧拉法建立模型的运动控制方程,通过分析线缆受力情况,求取对质点位置更新起关键作... 详细信息

针对虚拟环境下柔性线缆在拾取和牵引等操作过程中的运动仿真问题,提出了一种基于质点-弹簧系统的仿真方法。首先建立线缆的质点-弹簧模型,同时采用显示欧拉法建立模型的运动控制方程,通过分析线缆受力情况,求取对质点位置更新起关键作用的合力,其间采用虚拟耦合技术将输入设备的空间位置信息转化为作用在线缆上的操作力,解决了操作力的模拟问题;通过对线缆几何模型施加变形率约束,给出了操作力沿线缆传播的计算方法。然后,根据材料力学和机械振动理论,建立刚度系数和阻尼系数的计算模型。最后,在此基础上,提出了基于OpenGL的线缆动态绘制算法并进行了仿真实验。实验结果表明采用所提方法进行线缆仿真能够很好地模拟线缆长度保持特性和抗弯性能,线缆运动的物理规律能够得到真实体现,仿真的线缆具有很强的真实感。

关键词：柔性线缆质点-弹簧模型虚拟耦合变形率约束动态绘制

基于Cosserat模型和位置动力学的柔性线缆实时仿真

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机械制造与自动化 2023年第3期52卷 74-78页

作者：陈文强张丹朱锡生左敦稳南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为提高基于Cosserat弹性杆模型的柔性线缆仿真精度和实时性要求,提出一种将Cosserat弹性杆模型和位置动力学结合的方法,采用Cosserat弹性杆模型描述线缆的形变特性,在经典PBD框架下加入线缆离散单元方向变量,将线缆离散Cosserat模型的拉... 详细信息

为提高基于Cosserat弹性杆模型的柔性线缆仿真精度和实时性要求,提出一种将Cosserat弹性杆模型和位置动力学结合的方法,采用Cosserat弹性杆模型描述线缆的形变特性,在经典PBD框架下加入线缆离散单元方向变量,将线缆离散Cosserat模型的拉伸-剪切和弯曲-扭转应变约束作为约束函数扩展到PBD框架中,以此来进行约束投影,实现线缆空间位姿的实时求解,并通过实例验证了该方法的可行性。

关键词：柔性线缆物性仿真 Cosserat弹性杆 PBD

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双超卫星平台柔性线缆构型设计与仿真

上海航天（中英文） 2022年第4期39卷 170-176页

作者：李峥赵艳彬姚闯徐毅谢进进唐忠兴上海卫星工程研究所上海201109

研究舱间线缆动力学模型及其扰动传递特性,是深入考察连接线缆刚柔耦合效应影响的重要依据。以绝对节点坐标方法(ANCF)三维缩减曲梁单元模型为背景,考虑线缆的大变形特性,构造新的大变形线缆单元弹性力模型。在此基础上,用数值方法对典... 详细信息

研究舱间线缆动力学模型及其扰动传递特性,是深入考察连接线缆刚柔耦合效应影响的重要依据。以绝对节点坐标方法(ANCF)三维缩减曲梁单元模型为背景,考虑线缆的大变形特性,构造新的大变形线缆单元弹性力模型。在此基础上,用数值方法对典型约束工况下线缆单元弹性力模型进行计算和分析,获得位移-扰动力线性关系下的两舱振幅范围。此外,结合有限元方法,获得了舱间线缆不同布线构型的等效结构刚度矩阵模型。结果表明:布线过程中合理排列不同材料性能线缆,可有效降低耦合效应的影响,为后续舱间线缆布线规划提供了理论依据。

关键词：柔性线缆大变形双超卫星平台动力学建模仿真分析

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柔性线缆信息建模与三维路径规划技术研究

柔性线缆信息建模与三维路径规划技术研究

作者：吴保胜南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的高速发展,企业之间的市场竞争越来越激烈。为了在满足企业的生产需求的同时又保证产品生产的效率,需要提高企业的信息化和自动化水平。由于机电产品的复杂性越来越高,布线的空间环境愈加复杂,操作难度也日益提升,传统... 详细信息

随着计算机技术的高速发展,企业之间的市场竞争越来越激烈。为了在满足企业的生产需求的同时又保证产品生产的效率,需要提高企业的信息化和自动化水平。由于机电产品的复杂性越来越高,布线的空间环境愈加复杂,操作难度也日益提升,传统的布线方法效率较低,无法满足企业对于线缆装配的高效率、高质量的要求。为解决布线设计中的线缆信息混乱和弥补软件布线模块的不足、提高布线效率,本文主要根据线缆布线领域对数字化虚拟三维线缆布线的需求,从柔性线缆信息建模、布线空间建模、布线路径规划等方面对虚拟布线技术进行了研究,在此基础上开发出了复杂机电产品柔性线缆三维布线设计原型系统,本文的主要工作内容总结如下:(1)柔性线缆三维布线设计系统分析在对线缆布线技术现状研究的基础上,分析了三维线缆布线设计系统的需求分析,并且提出了基于CREO三维线缆布线设计系统的体系框架,并阐述了基于CREO三维线缆布线设计系统的功能结构及运行流程,为基于CREO三维线缆布线设计系统的实现提供了依据。(2)柔性线缆信息模型构建与分析针对线缆敷设过程中布线信息分散、不完整的问题,建立基于本体的柔性线缆信息模型,将在虚拟环境下布线设计需要的线缆信息模型划分为柔性线缆信息模型、电气元件信息模型和结构件信息模型三部分,分别详细描述了各部分信息建模所涉及的关键内容,并对所研究的柔性线缆进行了实例建模。(3)柔性线缆三维路径规划技术研究针对线缆布局设计中存在的效率低、可靠性差等问题,提出了一种基于改进蚁群算法的线缆路径规划方法。首先采用分段式空间划分方法对待布线空间进行环境建模,同时对布线空间进行栅格化处理,以获取三维布线路径的规划空间。为解决基本蚁群算法在进行路径搜索时路径点容易发散的问题,引入了基于重力规则的蚁群算法路径搜索策略,提高了路径规划的真实度。(4)基于CREO三维线缆布线设计原型系统开发在前文三维线缆布线设计系统框架以及各项关键技术研究的基础上,利用CREO/TOLLKIT工具,开发了基于CREO三维线缆布线设计原型系统,并详细介绍了基于CREO三维线缆布线设计原型系统的功能实现。

关键词：柔性线缆信息建模布线路径规划 CREO二次开发