含间隙机构接触碰撞动力学研究

• 作 者: 白争锋
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 柔性多体系统 间隙 机构 接触碰撞 动力学仿真

柔性多体系统的接触碰撞是工程中常见的现象,往往会对系统的设计与分析造成重大的影响。随着现代高科技结构对位置精度要求的提高和运行环境的日益复杂,由接触碰撞而引起的非线性动力学特征,已经成为柔性多体系统动力学需要解决的一个重要课题。在系统总结这一领域研究现状的基础上,本文对柔性多体系统接触碰撞动力学进行了深入的研究,主要包括以下内容。首先利用等效弹簧阻尼模型,建立了柔性多体系统的接触碰撞动力学模型,并分析了柔性体碰撞接触条件,详细的建立了两体碰撞时的法向碰撞接触模型和切向碰撞接触模型。在此基础上,把碰撞模型综合到柔性多体系统动力学方程中,最终建立了含接触碰撞的柔性多体系统动力学模型,此模型适用于一般含碰撞的多体系统。为了验证此模型的有效性和正确性,以一柔性梁为研究对象,对柔性梁在重力场中的接触碰撞过程进行了动力学仿真分析。详细地讨论了柔性梁的动态响应以及碰撞过程碰撞力的变化规律,主要包括柔性梁的回转角位移和角速度变化规律、碰撞过程的碰撞力历程以及柔性梁末端的位移和速度变化规律。并与刚性梁在重力场中的接触碰撞过程进行了详细的比较和分析。进一步,建立了含间隙机构的动力学模型,含间隙机构动力学建模的关键是如何把间隙模型嵌入到动力学模型中,因此详细的描述了模型中间隙的引入并建立了间隙铰的数学模型,在此基础上建立了间隙碰撞力模型和摩擦力模型。最后将其并入到柔性多体系统动力学方程中,建立了含间隙接触碰撞的多体系统动力学模型。基于等效弹簧阻尼模型建立的含间隙机构动力学模型可以很好的分析接触碰撞过程的动力学性能。最后,应用所建立的含间隙机构动力学模型,以一微小卫星为研究对象,对其含间隙太阳帆板展开过程进行了大量的动力学仿真,详细分析间隙的接触碰撞力特性以及间隙对航天器姿态运动以及附件展开的影响。