基于反作用力响应盲区影响的重载装置刚柔体动力学建模研究

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1、中南大学大学生创新训练项目项目申请书(理工类)项目名称：基于反作用力响应盲区影响的重载装置刚柔体动力学建模研究申请人：所在班级：机械0912班指导教师：学科专业：机械设计制造及其自动化所在单位：机电工程学院联系电话：E-MAIL：申请日期：中南大学2011年6月填写说明1．本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要。2．本申请书为大十六开本（A4），左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。3．申请人所在学院认真审核，签署意见后，将申请书（一式两份）报送本科生院特色教育办公室

2、。一、简况项目名称基于反作用力响应盲区影响的重载装置刚柔体动力学建模研究所属学科机械工程批准经费20000起止年月2011年3月至2013年3月申请人姓名孙洁洁性别男民族汉出生年月1990.9身份证号320323199009200639电话15200861243学号0806091428指导教师职务职称电话项目参与人性别出生年月班级学院学号电话孙洁洁男1990.9机械0912班机电工程学院080609142815200861243吴书舟男1991.9机械0912班机电工程学院080609142415200868385高雨男1991.1

3、0机械0912机电工程学院080609142518643996977李帅男1987.3机械工程09级机电工程学院09371113213875942420申请人曾参与和本项目相关科研的情况具有开拓创新的精神，曾参加“金工大赛”和中南大学创新创业项目，对于机械原理、机械设计、机构学、机器人学等学科拥有扎实的基础和良好专业技能，并能熟练应用cad、proe、ansys、adams等三维和仿真软件。指导教师承担本项目相关科研课题情况项目情况简介在重载装置动力学建模方面，通常把系统简化而忽略了很多因素的作用，使得建立的系统模型难以解耦，也影响

4、了后续的控制研究精度。本研究在分析机械系统出现反向微动时主动力和从动力变化规律的基础上，提出了反作用力响应盲区的概念，尝试建立考虑运动副摩擦情况下的重载装置动力学模型，并且在研究反作用力响应盲区内各运动副反力的不确定性与重载装置动力学模型奇异性的基础上，试图提出运动副的接触摩擦状态的判断方法，建立相应的摩擦约束方程，使重载装置动力学模型完整可解。同时根据重载机械系统动态稳定条件及摩擦约束条件，得出重载装置整体的转化机构的统一动力学方程，分析其力封闭性和承载能力，建立拓扑同构及变元优化设计的数学模型。二、课题论证（一）立项依据与研究内

5、容（4000-8000字）1立项依据(研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录)1.1机械系统及其动力学研究现状与发展趋势当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念，新理论，新方法，新工艺不断出现。作为向各行各业提供装备的机械工业，也得到了迅猛的发展。现代机械工业日益向重载，高速，高精度，高效率，低噪声等方向发展，对机械提出的要求也越来越苛刻。然而作为国家基础制

6、造能力表征的巨型重载操作装备，如：重载塔吊装置，重载输送装置，重载锻造操作装置，履带式起重机等等，其设计与制造水平远远落后于发达国家。例如：国内最大的锻造操作机夹持的最大重量是北方重工的200t，但是其整机水平还有待于进一步验证；而德国的西马克公司已经超过了300t，载重力矩630tm并且能够实现和压机的联动[1]；欧洲起重机的平均吨位在800吨，而我国目前这一数字却不到200吨[2]。我们国家在巨型重载操作装备上迟迟不能缩短与世界领先水平的差距已经严重的阻碍了国民经济的建设，国家大战略工程的全面推进迫在眉睫。造成这种局面的原因是多

7、方面的，其中未能充分考虑重载装置运动副的摩擦特殊性对机械系统动力学的影响是造成巨型重载操作装备设计水平低、设备性能落后的重要原因之一。摩擦广泛存在于工程实际中。在轻型机械中，摩擦对轻载机械系统的动力特性不会产生很大的影响，但是巨型、重载和高速是现代机械的一个重要标志和发展方向，随着运动速度和精度的提高，运动副之间的摩擦不容忽视。而巨型重载装置运动副的摩擦特殊性更主要体现在：在巨型重载装置的传动过程中，两构间之间传递的力非常大，并且力的方向在短时间内急剧变化，造成两构件相互接触的表面之间的摩擦力很大以及摩擦力方向不确定。在对巨型重载装

8、置进行机械系统动力学分析时，如果仍旧按照以前常用的分析方法，例如采用牛顿-欧拉（Newton-Euler）法[3-7]、拉格朗日（Lagrange）[8-10]、虚功原理法[3,11-13]、凯恩（Kane）法[14]、旋量法[14，