多体系统动力学仿真中的接触碰撞模型分析

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1、万方数据第25卷第lO期计算机仿真2008年lO月文章编号：1006-9348(2008)10-0098一04多体系统动力学仿真中的接触碰撞模型分析安雪斌，潘尚峰(清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：为了明确多体系统动力学仿真时接触碰撞模型的选择依据，对恢复系数模型，IMPACT函数模型，迟滞阻尼模型三种模型进行了分析讨论，并指出了模型中各参数的物理意义。最后以小球与平面碰撞问题为例，通过理论推导与试验相结合的方法确定了模型的参数，在ADAMS软件中进行了仿真计算，得到了三种模型的计算结果。计算结果表明，恢复系数方法只能得

2、到碰撞后的速度；IMPACT函数模型可以得到较好的仿真结果，但是参数确定困难；修正的迟滞阻尼模型可以解决恢复系数接近1的接触问题。关键词：接触；恢复系数法；迟滞阻尼模型；动力学仿真中图分类号：TP391．9文献标识码：BAnalysisofContactModelinMulti—-bodySystemDynamicSimulationANXue—bin，PANShang—feng(DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，

3、China)ABSTRACT：Inordertomakeclearthebasisforchoosingcollisionmodelinmulti—bodysystemdynamicsimula—tion，threekindsofcollisionmodelsincludingcoefficientofrestitutionmodel，IMPACTfunctionmodelandhysteresisdampingmodelwerediscussed，andthephysicalsignificanceofparametersinthefo

4、rmulasWaspointedout．Finally，thecollisionbetweenasmallballandaplaneWascalculatedwithADAMSsoftwareas[inexample，methodsofcombi—nationoftheoreticalderivationandtestwereusedtodeterminethemodelparameters，andthreekindsofmodelswereusedtocalculatethecontactforce．Theresultsshowthat

5、．tllecoefficientofrestitutionmethodcanonlygettheresultsofvelocityofbodyaftercollision；IMPACTfunctionmodelCanreceivebettersimulationresults，butitsparametersaredifficulttodetermine；theamendedhysteresisdampingmodelcouldsolvethesimulationofmodelshavingacod-ficientofrestitutio

6、ncloseto1．KEYWORDS：Contact；Coefficientofrestitutionmethod；Hystereticdampingmodel；DynamicSimulation1引言接触现象在自然界中是广泛存在的，根据接触持续时间的长短可以把接触分为静态接触和动态接触⋯。静态接触的作用时间较长，接触状态变化缓慢或保持不变；动态接触也就是通常所说的碰撞，作用时间都非常短，在接触发生的瞬间作用力很大，动态接触过程要复杂的多。到目前为止，人们对接触的认识还不是很深入，尤其是动态接触问题，还不能很好的解释接触的机理和特性。具有

7、运动学约束的机械多体系统的动力学分析已经十分成熟，然而机械多体系统中纯粹的运动学约束是不存在的，为r得到更准确的仿真结果，就要在建模时把物体和物收稿日期：2007—09—03修回日期：2007—09—10—98一体之间的连接使用接触来建模，而不是简化成理想的运动副，这就需要对接触问题进行深入研究。本论文针对多体系统仿真中的接触碰撞问题的建模方法进行了分析研究，对恢复系数模型，IMPACT函数模型，迟滞阻尼模型三种接触碰撞模型进行了分析讨论，比较了三种模型的优缺点，并给出了小球与平面碰撞问题在ADAMS软件中的计算实例。2动力学仿真中的接触

8、碰撞模型接触碰撞现象可以认为系统在碰撞的瞬间构型不变，在接触力的作用下，发生碰撞的两个物体的动量发生改变。接触碰撞是一种单边约束，两物体的外形边界不能相互侵入。处理多刚体中的接触碰撞现象有两类