基于虚拟样机的接触碰撞动力学仿真研究博士论文

《基于虚拟样机的接触碰撞动力学仿真研究博士论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华中科技大学博士学位论文基于虚拟样机的接触碰撞动力学仿真研究姓名：陈萌申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：陈立平;钟毅芳20031103摘要y078968全篇论文以基于虚拟样机的具有接触碰撞的多体系统为研究对象，通过建立系统级的力学模型和部件之间的接触模型，开发了包含参数化曲线、曲面的接触碰撞算法，并以运动仿真的形式求解这类具有非线性、非完整约束系统内部物体的接触力，从而实现了对整个系统的运动状态、各个部件的受力状况、接触部分的应力和应变、以及柔性部件的振动等动力学问题的分析。文章首先对多体系统动力学仿真的理论与方法进行了研究，并提出了

2、基于虚拟样机的接触碰撞仿真策略。针对多体系统中的刚体和柔性体两类模型，分析了部件上任意接触受力点的运动学参数特性，描述了广义坐标的系统组集，并给出了部件及其属性的类对象定义。针对柔性体部件，引入了Guyan缩减法对约束副处的冗余自由度进行缩并，利用假设模态法和Craig．Bmnpton模态综合技术来研究接触碰撞中柔性体的应力、应变和局部变形。通过采用稳定、高效的S12积分求解器，保证了仿真计算的数值收敛性。面向自由曲线、曲面的接触碰撞算法是求解系统各部分动力学响应的关键。针对平面轮廓曲线的接触碰撞问题，文章提出了基于运动的NURBS曲线接触算法。该

3、算法的核心是利用基函数节点区间的局部支承性质来实现接触搜索的区域优化，以实时的接触搜索来减少节点副的计算数目。曲线模型必须先进行均匀参数化分割以形成若干曲线段，仿真初始化时要进行全局搜索以确定局部映射区域，并通过映射区域列表实现从全局搜索到局部搜索的转换。根据主、被动体的相对运动关系(平动、转动和平面运动1，通过设置搜索区域的判断分支并以仿真迭代的形式实现该接触算法。其优点是极大地提高了仿真效率，并避免了因分段处理曲线之间的接触碰撞而产生的运算组合爆炸现象。进一步的研究以具有复杂曲面轮廓的物体接触碰撞为对象，在双参数曲线形成曲面网格的造型基础上，本

4、文提出了融合全局搜索和局部搜索的PMNS(Pre．mapping&Node-to—SegmentAlgorithm)算法。PMNS算法中的预映射过程是对全局搜索区域的缩减，点面求交过程是局部搜索的细化。在全局搜索中采用了近似斜抛运动的方法确定映射点，而局部搜索中的点面求交则是为了判断具体的接触位置。算法突破了传统的四叉树、链表技术等分级化方法，通过实时的区域搜索大大减少了计算量。采用基函数局部节点压缩法比传统的线性参数化方法更能逼近原始曲面，还消除了边界的法矢多义性。在接触力算法中，本文利用显式罚函数法创建了节点副接触碰撞的力学模型，并基于库恩一塔

5、克条件(Kuhn-TuekerConditions)建立了包含连续接触和间断接触的摩擦力方程组。该方程组由高阶可导的分段插值多项式表达，仿真中具有较高的稳定性和收敛性。在实际应用中完成了接触碰撞动力学仿真系统的开发，验证了曲线、曲面接触碰撞算法以及包含柔体在内的多体系统若干工程算例，获得了重要参考数据和较好的效果。关键词：NURBS，局部支承性质，接触碰撞，罚函数法，ADAMS，坐标变换I束黟《蔓：磐§：‘霞匆芷支盘：hAbstractThewholepaperisbasedonthemulti—bodysystemwithcontact—impa

6、ct．Bymeansofvirtualprototypingtechnology,thesystemmechanicalmodelandthecontactmodelofcomponentshavebeencreated，inwhichthecontact—impactalgorithmsincludingparametriccurvesandsurfacesalsohavebeendeveloped．Thoughthenonlinearandnon-holonomicconstraintsexistinthemulti-bodysystem，th

7、econtactforcebetweenpartsstillCanbesolvedbykinematicsimulation．Therefore，theseproblemswithregardtodynamicresponsessuchasmovingsituationofthesystem，enduredforcesofthecomponents，strainandstressoncontactregion，andthevibrationofflexiblebodiescouldbeanalyzedeffectively．Firstly,thet

8、heoryandmethodhavebeeninvestigatedwithrespecttomulti—bodydyna