间隙约束悬臂梁系统的动力学行为实验研究
CAE悬臂梁静力分析实验报告
CAE悬臂梁静力分析实验报告一、实验目的：通过CAE软件进行悬臂梁的静力分析，了解悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况，并根据实验结果进行分析和总结，掌握CAE软件在力学分析中的应用。
二、实验原理：悬臂梁是一种常见的结构，属于弯曲载荷结构，通过对悬臂梁的应力和变形进行分析，可以了解结构的安全性和可靠性。
三、实验步骤：1.构建模型：使用CAE软件创建一个悬臂梁的模型，包括梁的几何形状、材料属性等信息。
2.施加载荷：选择不同的载荷情况，如点载荷、均布载荷等，在模型上施加相应的载荷。
3.处理边界条件：设置悬臂梁边界条件，如固定端、自由端等。
4.分析模型：运行CAE软件进行力学分析，获取悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况。
5.结果分析：对实验结果进行分析，比较不同载荷下的应力分布和变形情况。
6.总结：根据实验结果总结悬臂梁的性能和结构安全性，给出进一步改进的建议。
四、实验结果与分析：根据实验结果，可以观察到不同载荷下悬臂梁的应力分布和变形情况。
通过对比不同载荷下的应力分布情况，可以判断梁在不同载荷下的安全性。
同时，通过比较不同载荷下的变形情况，可以对悬臂梁的刚度和变形情况进行评估。
五、实验结论：1.根据实验结果可以得出在不同载荷下悬臂梁的应力分布和变形情况。
2.通过对比不同载荷下的应力分布情况，可以判断悬臂梁在不同载荷下的安全性。
3.同时，通过比较不同载荷下的变形情况，可以对悬臂梁的刚度和变形情况进行评估。
4.根据实验结果和分析，可以得出针对不同载荷的悬臂梁，需要采取不同的加固措施，以保证结构的安全性和可靠性。
六、实验改进建议：1.在实验过程中，可以尝试不同载荷组合的组合，以获取更全面的实验结果。
2.为了提高实验的准确性，可以进行多次重复实验，以得到更可靠的数据。
3.在实验分析的过程中，可以增加一些具体的数学模型和计算公式，以方便对实验结果进行更深入的分析。
以上是本次CAE悬臂梁静力分析实验的报告，通过实验我们对悬臂梁在不同载荷下的应力和变形情况有了更深入的了解，并提出了相应的结论和改进建议。
悬臂梁振动控制系统的设计与实现
悬臂梁振动控制系统的设计与实现悬臂梁是一种常见的结构体系，其振动控制具有重要的工程应用价值。
在工程实际中，对于悬臂梁振动控制系统的设计与实现，核心问题在于振动控制器的设计和振动目标的选择。
下文将会详细讨论悬臂梁振动控制系统的设计与实现。
一、悬臂梁振动控制理论基础悬臂梁是一种典型的动力系统，其振动特性直接影响了整个系统的稳定性和工作效率。
为了实现有效地振动控制，需要先对悬臂梁的振动理论进行深入的研究和了解。
在振动控制理论中，常用的方法包括模态分析法和频率分析法。
模态分析法是振动控制中比较常见的一种方法，它是通过对系统的模态进行分析，得到系统的振动等相关参数，如共振频率、振幅、相位等，并根据这些参数来设计振动控制策略。
与之不同的是，频率分析法则是通过分析系统的特征频率和振动频率之间的关系，来得出振动控制的策略。
二、悬臂梁振动控制目标的选择在悬臂梁振动控制设计中，选择合适的振动目标也是非常重要的。
通常来讲，振动控制目标可以分为减小振动幅值、抑制系统共振和降低噪声三种。
具体分析如下：1、减小振动幅值悬臂梁的振动幅值过大会引起系统的破坏和能源损耗等问题。
因此，减小振动幅值是振动控制的一个重要目标。
2、抑制系统共振由于共振会产生强烈的振动，因此需要将共振频率控制在合理范围内，以避免损坏系统的情况。
3、降低噪声在实际应用中，许多系统在工作时会产生噪声，这些噪声对人体和环境都有一定的危害。
因此，降低系统的噪声也是一个重要的振动控制目标。
三、悬臂梁振动控制器的设计振动控制器是实现悬臂梁振动控制的核心模块。
根据控制策略的不同，振动控制器可分为主动控制和被动控制两种类型。
1、主动控制主动控制是指通过主动干预系统，引入干扰力以控制振动。
其优点在于控制效果明显，在一定范围内能够适应不同的振动情况。
其缺点在于需要较大的能量投入，因此成本较高。
2、被动控制被动控制是指通过改变系统的刚度和阻尼等属性，来实现振动控制。
其优点在于成本低廉，较为稳定可靠。
基于机械力学的悬臂梁研究
基于机械力学的悬臂梁研究悬臂梁是一种常见的结构，具有一个支点和一个自由端。
在工程实践中，悬臂梁的应用广泛，例如建筑物、桥梁、机械设备等。
因此，了解悬臂梁的力学行为对于设计和分析这些结构非常重要。
本文将介绍基于机械力学的悬臂梁研究。
首先，我们来研究悬臂梁的受力分析。
在分析悬臂梁的力学行为时，我们需要考虑支点的约束和自由端的载荷。
具体来说，我们将悬臂梁看作是一个物体在力的作用下处于平衡状态。
在支点处，我们可以将外力分解为两个分力：垂直向上的支反力和水平向右的水平力。
在自由端，可以施加不同的载荷，如集中力、均布力等。
其次，我们来分析悬臂梁的应变和变形。
悬臂梁在受力作用下会发生弯曲，使得材料内部产生应力和应变。
悬臂梁的应变和变形可以通过弯曲理论进行分析。
弯曲理论认为悬臂梁的弯曲刚度与几何形状、材料性质和载荷有关。
通过研究这些因素，我们可以确定悬臂梁的变形和应变。
此外，我们还可以通过模型、理论和实验进行悬臂梁的研究。
研究悬臂梁的方法有很多，例如有限元分析、解析法和试验。
有限元分析是一种常用的数值方法，可以模拟和分析悬臂梁的行为。
解析法是一种基于数学模型的分析方法，可以得到悬臂梁的精确解。
实验方法可以通过实验室测试、模型试验等手段来验证理论分析的结果。
最后，我们来讨论一些悬臂梁的应用和优化。
悬臂梁在工程实践中有很多应用，如支撑结构、起重设备等。
在设计和分析悬臂梁时，我们可以根据具体的需求来优化结构。
例如，可以调整材料性质、减小自由端载荷、增加支点约束等，以提高悬臂梁的性能。
综上所述，基于机械力学的悬臂梁研究是非常重要的。
通过研究悬臂梁的受力分析、应变和变形、研究方法以及应用和优化，我们可以深入了解悬臂梁的力学行为。
这对于工程实践中的设计和分析具有重要意义。
悬臂梁实验报告
悬臂梁实验报告实验目的本实验旨在通过对悬臂梁的实验研究，探究其在不同条件下的变形和破坏情况，了解悬臂梁的受力特性以及工程中的应用。
实验原理悬臂梁是一种常见的结构形式，其上部只有一个端点支撑，另一端悬挑出来。
在实验中，我们通过在悬臂梁上加载，观察悬臂梁的变形和破坏情况，从而探究其受力特性。
悬臂梁的受力分析可以基于弹性力学的理论进行，根据悬臂梁的几何形状和材料特性，可以通过静力学的原理计算出悬臂梁在不同位置的应力和位移。
在实验中，我们使用悬臂梁测力传感器，可以实时监测悬臂梁上的应力和变形情况。
实验装置与步骤实验装置包括悬臂梁、加载装置和测量仪器等。
具体的实验步骤如下：1.调整加载装置使其稳固地连接到悬臂梁上；2.使用测力传感器测量悬臂梁的初始载荷；3.逐步增加载荷，记录悬臂梁的变形情况；4.当载荷接近悬臂梁的破坏载荷时，停止加载，并记录破坏载荷；5.对实验数据进行处理和分析。
结果与讨论在实验中，我们记录了不同载荷下悬臂梁的变形情况，得出如下结果：载荷（N）变形（mm）100 0.2200 0.6300 1.2400 2.0500 3.0600 4.5从实验数据可以看出，随着载荷的增加，悬臂梁的变形也逐渐增大。
在低载荷下，悬臂梁的变形比较小，呈线性关系。
随着载荷的增加到一定程度，悬臂梁的变形开始非线性增加，并且出现明显的弯曲变形。
当载荷达到约600N时，悬臂梁发生破坏。
在破坏前，悬臂梁表现出明显的弯曲变形，并且载荷与变形呈现非线性关系。
破坏时，悬臂梁发生断裂，载荷突然下降。
通过对实验数据的分析，我们可以得出悬臂梁的一些特性。
首先，悬臂梁的承载能力随着载荷的增加而增加。
其次，随着载荷的增大，悬臂梁的变形逐渐增大，并呈现出非线性的关系。
最后，悬臂梁在破坏前会发生明显的弯曲变形，载荷与变形呈现非线性关系。
结论本实验通过对悬臂梁的实验研究，得出了一系列结论。
悬臂梁在受力时会发生变形，随着载荷的增加，悬臂梁的变形逐渐增大。
《2024年空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》范文
《空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》篇一一、引言空间机械臂作为空间技术的重要部分，其性能的稳定性和可靠性直接关系到空间任务的完成质量。
间隙与摩擦作为机械臂运动过程中的重要因素，对机械臂的精度和效率具有显著影响。
因此，本文针对空间机械臂的间隙与摩擦动力学进行仿真分析，以期为机械臂的设计与优化提供理论依据。
二、空间机械臂结构与工作原理空间机械臂主要由驱动系统、控制系统、执行机构等部分组成。
其工作原理是通过控制系统对驱动系统进行控制，使执行机构完成预定动作。
在空间任务中，机械臂需具备高精度、高效率、高稳定性的特点，以应对复杂的空间环境。
三、间隙与摩擦对空间机械臂的影响间隙是机械系统中常见的现象，主要存在于关节、轴承等部位。
间隙的存在会导致机械臂运动过程中的不稳定性，降低运动精度。
摩擦则主要发生在机械臂的接触面，如连杆、末端执行器等。
摩擦不仅会影响机械臂的运动效率，还会产生热量，对机械臂的寿命和性能产生影响。
四、动力学仿真分析方法为研究空间机械臂的间隙与摩擦动力学，本文采用动力学仿真分析方法。
首先，建立空间机械臂的数学模型，包括关节、连杆、末端执行器等部分的运动学和动力学参数。
其次，设置仿真环境，模拟空间机械臂在真实环境中的运动状态。
最后，通过仿真分析，研究间隙与摩擦对机械臂运动性能的影响。
五、仿真结果与分析通过动力学仿真分析，我们得到了空间机械臂在不同间隙与摩擦条件下的运动数据。
分析结果表明，间隙的存在会导致机械臂在运动过程中产生抖动，降低运动精度。
而摩擦则会影响机械臂的运动速度和力矩输出，从而影响其工作效率。
此外，我们还发现，在某些特定条件下，间隙和摩擦的相互作用会导致机械臂的运动性能进一步降低。
六、优化建议与展望针对空间机械臂的间隙与摩擦问题，我们提出以下优化建议：1. 优化机械结构设计，减小关节、轴承等部位的间隙，提高机械臂的运动精度和稳定性。
2. 采用低摩擦材料和润滑措施，降低摩擦对机械臂的影响，提高其工作效率。
CAE悬臂梁静力分析实验报告
1 上机实验报告上机实验实验内容实验内容：悬臂梁静力分析：悬臂梁静力分析一、问题描述已知如下图1-1所示的悬臂梁，悬臂梁的截面为矩形截面，矩形截面的尺寸为h =5mm ，b =2.5mm 。
悬臂梁长为l =150mm 。
本次静力分析中设定其弹性模量为E =70GPa ，泊松比v =0。
实验对悬臂梁一端受到集中载荷P =5N 做静力分析，以及对悬臂梁单独q =0.1N/mm 作用和同时与P =5N 下做静力分析。
实验包括悬臂梁受力后的挠度变化曲线，最大挠度发生的位置和软件计算结果与解析解的对比分析。
图1-1 1-1 悬臂梁结构及受力图悬臂梁结构及受力图二、几何模型建立此次实验几何模型的建立比较简单，在软件含有的两种梁单元BEAM188和BEAM189中任选一种，本次选择第一种。
根据实验内容设置其截面的参数，然后在软件中绘制一条150mm 的直线，实验所需要的几何模型即建立完成。
经过上述步骤建立的最终模型如下图2-1所示。
几何模型图2-1 几何模型图图2-1三、有限元网格模型建立这次实验的几何模型较为简单，在软件中利用MeshTool工具选择建立的模型后，在等分多少段后面输入100，即将模型分为100段。
在将模型划分为100段后，如果在前面的操作中没有选择前述两种梁单元中的一种，点击Mesh按钮的时候会提示没有选择元素类型的错误，在前处理中定义元素类型即可。
经过上述操作后的网格模型图如下图3-1所示网格模型图3-1 网格模型图图3-1四、边界、约束条件及施加载荷这次实验是对悬臂梁的静力分析，所以需要在模型的左端施加一个全自由度的约束。
然后根据实验内容在模型的右端施加一个Y方向上向下5N的集中载荷，如下图4-1所示。
在悬臂梁上施加0.1N/mm的均布载荷，如下图4-2所示。
在悬臂梁上同时施加0.1N/mm的均布载荷且在悬臂梁右端施加一个Y方向上向下5N 的集中载荷，如下图4-3所示。
悬臂梁右端受5N集中载荷图图4-14-1 悬臂梁右端受图4-2悬臂梁受0.1N/mm的均布载荷图4-2 悬臂梁受悬臂梁同时受0.1N/mm的均布载荷与5N集中载荷图4-3 悬臂梁同时受图图4-3五、结果分析5.1右端受5N的集中载荷经过建模求解，在模型右端单独施加5N的集中载荷得到的位移云图如下图5-1所示。
间隙约束悬臂梁振动系统动力行为研究
２０ ０ ７年 ６月
噪
声
与
振
动
控
制
第 ３期
文章编号 ：０６—１５ （ ０７ ０ ０ ３ ０ １０ ３ ５ ２ ０ ） ３— ０ ４— ５
间 隙约束 悬臂 梁 振 动 系统 动 力行 为研 究．
赵 登 峰
（ 南科技 大学 ， 西 四川 绵 阳 ６ １０ ） ２００
中 图分 类 号 ： ３ ０２ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｓｔ ｙ ｏ ｈ ｎ ｍ ｉ ｕｄ ｎ ｔ ｅ Ｄｙ ａ ｃ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｏ ｈｅ Ｃａ ｔｌｖ ｒ Ｂｅ ｒ ｙ ｔ ｍ ｒ ｃ ｅ ｆｔ ｎ ｉ ｅ ａ Ｓ ｓｅ ｅ ｎ
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悬臂梁限位器非线性动力学效应实验分析
的混沌 运动 ．
本 文 的第 一 部分 为实验设 计介 绍 ， 包括 实 验装
动
力
学
与
控
制
学
报
２ ０ １ ５年第 ｌ ３卷
梁 与 限位 器 接 触 时 的 取 值 ． 目的是 要 考 察 在 固
定￡ 的情 况 下 ， △ 与 之 间 的 变 化 关 系 ， 如图 ｌ ７
破坏 ， 往往会 安 装 一些 限位 器． 例 如 为提 高 桥 梁 的
［ ７ ］ 使 用数值 方 法研 究 限位 器 产 生 的非 线 性效 应 ， 并对 间 隙结 构 的非 线性 参 数 进行 了辨识 ． 文献 ［ ８ ］
使用 Ｈ ａ ｍ ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ 原理建立了受基础激励的刚弹耦合
发， 研 究 限位器 对 悬 臂 梁结 构 的动 力学 效 应 ． 近几
年， 带有 限位器 的力学 结构 研究 已经成 为 国 内外学 术 界关 注 的热 点 之一 ． 目前 已有 的文献 中 ， 多 数含
有间 隙 的结 构 的理 论 模 型 被 简 化 为有 限 自 由
度 Ｊ ， 文献 ［ ２ ］ 将含间隙及集 中质量 的悬臂梁的
时， 这种 变化关 系都 成立 ．
２ ． ５ 限位器对 悬臂 梁动 力学行 为影 响 的分析
关键词 悬臂梁 ， 限位器 ， 非线性动力学实验 ， 多稳态 ， 非光 滑系统动力学
斜悬臂梁的力学性能研究
斜悬臂梁的力学性能研究斜悬臂梁是一种常见的结构形式，在建筑、桥梁、机械等领域中得到广泛应用。
它的设计和力学性能研究对于确保结构的安全和可靠至关重要。
本文将从材料的选择、结构的设计和力学性能的分析等方面探讨斜悬臂梁的力学性能研究。
一、材料的选择斜悬臂梁的材料选择对于其力学性能具有重要影响。
常见的材料有钢材、混凝土和复合材料等。
钢材具有高强度和良好的可塑性，适用于大跨度和高荷载的悬臂梁。
混凝土具有较好的耐久性和抗压性能，适用于中小跨度的悬臂梁。
复合材料具有高强度、轻质和抗腐蚀等优点，适用于特殊环境和高要求的悬臂梁。
二、结构的设计斜悬臂梁的结构设计是保证其力学性能的关键。
设计中需要考虑梁的几何形状、支座条件、荷载特征等因素。
梁的几何形状包括梁的长度、截面形状和悬臂长度等。
支座条件包括固支和铰支两种形式，对应不同的受力情况和变形特点。
荷载特征包括静载荷和动载荷，需要根据实际工程情况进行合理的估算和设计。
三、力学性能的分析斜悬臂梁的力学性能主要包括静力学性能和动力学性能两个方面。
静力学性能研究主要涉及梁的受力分析和变形分析。
受力分析包括计算梁的内力和弯矩等，以确定梁的受力状态和安全性。
变形分析包括计算梁的挠度和位移等，以确定梁的变形情况和稳定性。
动力学性能研究主要涉及梁的振动分析和响应分析。
振动分析包括计算梁的固有频率和振型等，以确定梁的自由振动特性。
响应分析包括计算梁的动力响应和疲劳寿命等，以确定梁的动态响应和耐久性。
四、实验研究和数值模拟斜悬臂梁的力学性能研究可以通过实验研究和数值模拟两种方法进行。
实验研究可以通过搭建试验台架和加载设备等手段，对梁的受力和变形进行实时监测和测试。
数值模拟可以通过有限元分析和计算机仿真等方法，对梁的力学性能进行预测和评估。
实验研究和数值模拟相结合，可以更全面、准确地研究斜悬臂梁的力学性能。
总结：斜悬臂梁的力学性能研究是确保结构安全和可靠的重要环节。
在材料的选择、结构的设计和力学性能的分析等方面，需要综合考虑多个因素。
《2024年空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》范文
《空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》篇一一、引言空间机械臂作为空间技术的重要组成部分，其动力学性能的稳定性和精确性对于完成复杂空间任务具有重要意义。
而间隙与摩擦现象是机械臂动力学系统中的常见问题，直接影响机械臂的精确度和运动稳定性。
因此，本文将对空间机械臂的间隙与摩擦动力学进行仿真分析，以期为空间机械臂的设计和优化提供理论依据。
二、空间机械臂系统概述空间机械臂系统主要由驱动系统、机械结构、控制系统等部分组成。
其中，机械结构是机械臂的主体部分，包括关节、连杆等部分。
由于空间环境的特殊性，空间机械臂需要具备高精度、高稳定性的运动特性，因此对其动力学性能的要求十分严格。
三、间隙与摩擦动力学模型建立在空间机械臂系统中，间隙和摩擦现象普遍存在。
间隙主要来源于机械结构中的连接部位，如关节、轴承等；而摩擦则主要来源于机械结构中的接触部位，如连杆、末端执行器等。
为了准确分析间隙与摩擦对空间机械臂动力学性能的影响，需要建立相应的动力学模型。
本文采用拉格朗日方程和库伦摩擦模型，建立了空间机械臂的间隙与摩擦动力学模型。
其中，拉格朗日方程用于描述机械臂的动力学特性，库伦摩擦模型用于描述摩擦力的变化规律。
同时，考虑到间隙的存在，我们在模型中引入了间隙元素，以更准确地反映机械臂的实际运动情况。
四、仿真分析利用所建立的动力学模型，我们进行了空间机械臂的间隙与摩擦动力学仿真分析。
仿真过程中，我们设置了不同的间隙和摩擦系数，观察了机械臂的运动轨迹、速度、加速度等动力学参数的变化情况。
仿真结果表明，间隙和摩擦对空间机械臂的动力学性能具有显著影响。
间隙的存在会导致机械臂的运动出现抖动、失稳等现象，降低运动的精确度；而摩擦则会使得机械臂的运动受到阻力，影响其运动速度和加速度。
此外，我们还发现，不同的间隙和摩擦系数对机械臂的动力学性能影响程度不同，需要根据实际需求进行合理设计。
五、结论通过对空间机械臂的间隙与摩擦动力学仿真分析，我们得出了以下结论：1. 间隙和摩擦是影响空间机械臂动力学性能的重要因素，需要在设计过程中进行充分考虑。
梁-质量块系统动力学行为研究
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Doctor of Philosophy in EngineeringDynamic Behavior Analysis ofBeam-mass SystemPh. D. Candidate: Liu PanMajor : Solid MechanicsSupervisor : Prof. Ni QiaoHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P.R. ChinaJuly, 2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在_____年解密后适用本授权书。
本论文不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要随着土木和机械工程的迅速发展，梁-质量块（包括轴向移动和固定）系统的振动与稳定性研究显得尤为重要。
本文分别基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko 梁理论，系统地研究了移动质量块作用下梁结构的振动特性、非线性动力学与稳定性机理。
双臂协调约束系统动力学问题探讨
双臂协调约束系统动力学问题探讨7f一第7卷第l{;Ij1994年3月振动工程Journa[ofVibrationEngineeringV o】7No.1Mal-.1gg4双臂协调约束系统动力学问题探讨'许宏伟马兴瑞黄文虎邵成勋邹振祝(哈尔淇工业大学航天工程与力学系哈尔淇,150006)摘要率文讨论了双臂协调约束系统的动力学问题.文中系统地描述了该系统的适应于计算机程序化的建模方法I推导了系统的动力学方程,并给出了用约束矩阵的正交补矩阵处理系统所受协调约束的方法I编制了相应的计算机辅助分析程序DRCRCS,并用该程序对算例进行了动力学的数值分析.关键词:双臂系垃J协调}约束I动力学f正交补矩阵中围分丢一一一引言协调约束系统意为若干个子系统在某些公共约束条件(协调约束)下协调运动的母系统.随着工业机器人和各种机械臂的广泛应用和航天器的发展,多个机器人,机械臂和航天器对接等协调运动的问题巳引起科学工作者的极大关注.本文对双臂协调约束系统动力学问题的探讨,正是在这种背景下开展的1双臂开,闭链的位姿描述和动力学模型一.图1单臂位姿描述国家自然科学基金资助项目收稿日期:1992一o3—25f修改稿收到日期:l992—12—20图2积臂位姿描违'1●.,e振动工程第7卷双臂协调运动的动力学问题大致可分为两个阶段来研究.第一阶段是两臂端点按各自的运动规律(设为g())独立地向被搬运物体接近,如图1所示;第二阶段是双臂抓牢物体后按某一运动规律(设为,(f))协同运动,如图2所示.在第一阶段中,各臂是独立的开运动链链状系统,其位姿可l由各体相对转角确定.现考虑两个有71和杆的机械臂共同抓握一物体4作协调运动,即上述第二个阶段的运动.假设两腕关节与被抓物A之间没有相对运动,则两臂末端和被抓物4共同构成一个物体这样两臂与物体4形成了一个闭链系统,显然,此系统有71.++1个杆件,其位姿也可由各体间的相对转角确定.无论是开链还是闭链链状系统,其位姿和动力学问题均可用图3所示的物理模型来描图3单臂系统的物理模型述.这是因为当_1=0,_.+的运动规律为g(f)时,图3所示系统即是图1所示系统当一0,+一i(常矢量),的运动规律为,(f)时,图3所示系统即为图2所示系统.实际上,从约束的角度来看,这就是在图3所示系统中加上一定的几何约束和运动约束,使其退化为图1或图2所示的系统.因此,对于双臂协调运动系统的动力学问题,完全可用图3所示的物理模型来研究2链状协调约束系统运动基本方程的推导2.1用约束炬阵的正交补炬阵分离系统的独立变量为了后面推导方程的紧凑,首先推导用约束矩阵的正交补矩阵分离系统中独立和非独立变量的方法.设系统有个确定其位姿的坐标,系统中受有m个约束,其矩阵形式为4U—B(1)式中:4是约束方程的×n系数矩阵u是×1系统位姿坐标列阵B是×1时间函数列阵由虚位移原理,必有A8U=0(2)由于系统受到m个约束,U."=1,2,?,)中只有—个是相互独立的.为了分离出独立变量,我们构造矩阵G—ATA(4是A的转置矩阵)第1期许宏伟等:双臂协调约束系坑动力学问题探讨由lE—Gl=0可求得G的特征值,,…,k≠0,而k+一k+2=……一0.把对应于^(f一1,2,…,)的特征向量按列构成一矩阵L—FCC](3)其中C是^,'..?,k所对应的特征向量构成的nXm矩阵,C是k+,k+:.…,所对应的特征向量构成的一X(一一m)矩阵.由线性代数知识可知,工必满秩.令:U—LaZ(4)[是mXl列zXl列阵.由于工是满秩的,故3U与az之间存在一个单值的一一对应关系将(4)式代入(2)式,得ALdZ一0即AC'3Z+AC3Z一0(5)设:G.,G:'..?,G_是G的n个行向量于是G=(GG:…GJ)注意到c是k+一k+.一?一一0所对应的特征向量按列构成,有GC=0即AC一0左乘c于上式,得楚AC一0即(AC)AC一0也就是AC一0(6)矩阵c称为矩阵A的正交补矩阵.(6)式表明,无论怎样取值,都有AC3Z"一0.式(5)可写为AC'az一0因cr是^,,…,k≠0所对应的特征向量按列构成的,所以Acr≠0因此,必有一这样,(4)式可写成U一厶泫(7)(7)式表明,系统位姿坐标的虚位移3U可用—m个独立的虚位移az线性表出,z (一1,2,…,—m)即是系统的广义坐标.2.2协调约束系统运动基本方程的推导如图3所示系统(为了叙述上的简洁,在此设为刚体系统),各体编号依次为 B.,岛,…,B,,H(一l,2,…,一)是岛体的内铰,而为绝对坐标系,为H铰的位置矢量,各铰为球铰,相邻两体且和岛一的相对转角和相对角速度用和表示,为岛体的绝对角速振动工程第7卷度t为&体的绝对角位移.选删1和各体相对转角(一1,2,…,n)为系统位姿坐标.2.2.1系统惯性力之功任意体目上P点的位置和绝对角速度为一_1+∑H2(一),+瓦一∑H(一)其中Hc一{:茎:和日一{;茎:为选择函数.将(8)式对时问两次求导,得一+∑H.(一)×(_j×Zs)+∑H2(一)[∑Hl(』+事)]×z+砚×(×_J)+对变分,得(8)(9)m)(_l×∑H(一)(_J××+;)×_J瓴—+∑H.(～)(∑H(—)瓶×z)+∑H,(一j)a~j×爰设dm是P点处微质量元,于是-一一∑1.%d坼^一I2.2.2系统外力之功设是作用在鼠体上P点的外力,是作用在体上的外力偶矩,则*一∑(瓴?+喊?)一12.2.3系统重力之功设F是作用在目体上b点的重力,则t女一∑(?葡)2.2.4各关节处弹簧力和阻尼力之功设置.,分别是关节处转动弹簧刚度和阻尼阵,则_一一∑艰赢_一I■.E一一∑碾c由虚功原理惯+井+8WI+Ⅳ日E+占一0经过数学推导,并注意到_1和(—l,2,…,)各有三个分量,可得到形如(MU—F)一0(1O)的等式第1期许宏伟等双臂协调约束系统动力学同题探讨其中:(r1…r,,,.住,%,%,…"‰,‰,‰)M是3+1)×3(月÷1)矩阵F是3(n+1)×1列阵2.2.5体调约束的方程形式参照图3所示的物理模型可看出,系统中任一体B在绝对系的运动可由B体内铰的平动和及体的转动决定我们设及体内铰在绝对系的平动所要满足的约束为一at++c(11)所受转动约束为一dt+(12)注意到,矾都是,(f一1.2,…)的函数,经过数学推导,(11),(12)两式可写成矩阵形式AU=B(13)其中以是3m×3+1)系数矩阵u是3(n+1)×1列阵B是3(n+1)×1列阵当系统受到形如(13)式的约束后,(10)式中3U的各元素不再是相互独立的了.但根据(7)式,(10)式可改写为o-Z.Cr(MU—F)一0注意到dz(1,2'..?,3(n—))的相互独立性,可得C(MU—F)一0(14)将(13)式求导并与(14)联立,即得到协调约束系统的运动基本方程为一一CTF,rCM]其中ldJ仍是3抽÷1)×3(n+1)矩阵rCF]I...I仍是3(n+1)×1列阵LB—AUJ对于柔性系统,在方程中加入相应的弹性位移坐标和有关柔性项,也可得到形如(15)式的运动基本方程.对(15)式进行数值积分,即可得到系统的动力学响应.从上面推导协调约束系统运动基本方程的过程来看,用约束矩阵的正交补矩阵来处理系统协调约束和几何约束的条理十分清晰,所得运动基本方程的形式也很简洁,适于计算机端程和数值求解振动工程第7卷3计算机辅助分析程序DRCRCS的介绍和有关算例3.1程序介绍根据上述物理模型和所推导的运动基本方程,我们编制了适于航天器,机器人和机械臂索等系统进行动力学方面分析的计算机辅助分析程序DRCRCS(DynamicResponseofCon strainedRigid—ChainSystems).该程序首先将系统运动基本方程改写为状态方程,然后利甩数值积分求解.其主要流程图如图4所示.DRCRCS程序处理的系统的体数可任意,系统可以是开运动链或闭运动链.系统中任意体可受约束和外载荷,相邻体间的公共铰处可受有转弹簧和阻尼.利用该程序可做如下工作:(1)在已知各关节力矩,外力和关节阻尼,弹簧及约束条件时,求得系统的微振动响应和大位移响应(2)在规划好各关节力矩和设定臂端运动约束的情况下,核验机械臂系统的关节力矩规划的合理性(3)设置故障,利用程序对航天器等系统在失控时进行故障分折.开始参孳信息…_Jl计算各时变量调用计算状态方程右函子挫序调用lr算状态变量的予程序(4)在已知初始条件时,可求得每个体的质心绝对速度和加速度,绝对角速度和角加速度;各体相对角位移,相对角速度和相对角加速度.在一定条件下,还可求得关节力.这能为控制的实施和优化设计提供必要的数据.3.2算例模拟双臂抓握一物体协调运动的过程.系统初始位置如图5,各杆为一0.3048m的等长均质刚性杆.A,B两端固定,各杆铰接在一起.设在系统运动过程中要求杆4平动,且加速度分别为Y一一2m/sZ=0.5m/s试求在重力作用下,系统各臂的位姿在O.8s内的变化情况(各杆质量为14.6kg) 分析:彗第1期许宏伟等:j双臂协调约束系统动力学问题探讨7为图5双臂抓物初始位置图6系统响应由于杆4在运动过程中按给定的加速度约束运动,故杆4左端点在任意时刻的位置应y'()一Y'()+Y'(to)t+Z'(￡)一Z'(.)+Z.(+由初始条件Y.(f.)一2.6/,Y(f.)一0Z.(o)一1.5l,Z.()一0得;,.(.)三.().)一一+2.z.()一0.25l+1.5l当一0.8时Y.(0.8)一0.5z五(0.8)一2l图6为DRCRCS程序的计算结果,与分析结果相吻合.4结束语本文对各臂独立运动和双臂协调运动的动力学问题进行了探讨.对于双臂爪端抓握物体瞬间有碰撞的动力学问题,还需进一步研究.参考文献1邵成勋等.多体链的动力学方程.航空,1988I9(11)558—5642HtlstonRL-Multibodydynamics—modelingandana]ysismethods.AppliedMechanicsReview,1991444(3)LO91L78振动工程第7卷TheDynamicalProblemsInvestigation onDual—RobotSystemwithCoordinatedConstraints XuHongweiMaXingruiHuangWenhuShaoChengxunZouZhengzhu(Dept.ofAstronauticsandMechanics,HarbinInstituteofTechnologyHarbin,150006) AbstraetThispaperinvestigatesthedynamicalpro~emsofadual-robotsystemwithcoordinatedconst raints. Thesystemmodellingmethodwhichissuitableforcomputeranalysisandthecoordinatedcon straintsarepresented.AnexampleillustratingtMconceptsandtheanalyticalresultsdonebya$oftwa~D RCRCSaresiren.keywords:dual—robotsystemIcoordinateteonstraints~dynamicsiorthogonalcomplementmatrix。
《超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的理论研究》范文
《超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的理论研究》篇一一、引言随着微机电系统（MEMS）技术的快速发展，超磁致伸缩微机械悬臂梁系统作为一种新型的微机械结构，因其独特的力学性能和广泛的应用前景而受到越来越多的关注。
本文旨在探讨超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的基本理论，为进一步的研究和应用提供理论支持。
二、超磁致伸缩材料概述超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Materials, GMM）是一种具有显著磁致伸缩效应的材料。
当磁场作用于GMM时，其尺寸会沿磁场方向发生显著的改变。
这一特性使得GMM在微机械系统中具有广泛的应用前景。
三、超磁致伸缩微机械悬臂梁系统结构与工作原理超磁致伸缩微机械悬臂梁系统主要由超磁致伸缩材料制成的悬臂梁、驱动器、传感器等部分组成。
当驱动器产生磁场时，GMM材料会因磁致伸缩效应而产生形变，进而驱动悬臂梁发生弯曲或扭转等运动。
通过传感器对悬臂梁的位移、速度等参数进行实时监测，可以实现对微机械系统的精确控制。
四、理论模型与数学分析为了更好地理解超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的运动规律和性能特点，需要建立相应的理论模型并进行数学分析。
首先，根据系统的结构和运动特点，建立动力学方程。
然后，通过数值分析和仿真实验，对系统的动态响应、稳定性等性能进行深入研究。
此外，还需要考虑系统的材料特性、环境因素等对系统性能的影响。
五、实验研究及结果分析为了验证理论模型的正确性和系统的实际性能，需要进行实验研究。
通过设计合理的实验方案和实验装置，对超磁致伸缩微机械悬臂梁系统进行测试和验证。
通过实验数据和仿真结果的对比分析，可以评估系统的性能和可靠性。
同时，还需要对实验过程中出现的问题和挑战进行深入分析和解决。
六、系统优化与改进方向在理论研究、实验研究和实际应用中，可能会发现超磁致伸缩微机械悬臂梁系统存在一些问题和不足。
针对这些问题和不足，需要提出相应的优化和改进方案。
例如，通过改进材料性能、优化结构设计、提高驱动器性能等措施，进一步提高系统的性能和可靠性。
《2024年超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的理论研究》范文
《超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的理论研究》篇一一、引言随着微纳技术的快速发展，超磁致伸缩材料在微机械系统中的应用逐渐受到广泛关注。
超磁致伸缩悬臂梁系统作为微机械领域中的一种重要结构，具有高能量转换效率、高精度及快速响应等优点，在传感器、执行器以及振动能量收集器等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在深入探讨超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的基本理论，为相关研究与应用提供理论支持。
二、超磁致伸缩材料的基本原理超磁致伸缩材料是一种具有巨大磁致伸缩效应的材料，其磁致伸缩系数远大于传统材料。
当外部磁场作用于超磁致伸缩材料时，材料内部磁畴的重新排列导致材料发生形变，从而实现能量转换。
这种材料具有高能量密度、高响应速度以及良好的耐久性等特点，在微机械系统中具有巨大的应用潜力。
三、超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的结构与工作原理超磁致伸缩微机械悬臂梁系统主要由超磁致伸缩材料制成的悬臂梁、驱动线圈以及固定结构等部分组成。
当驱动线圈中通入电流时，产生磁场与超磁致伸缩材料发生相互作用，使悬臂梁产生形变。
通过控制驱动线圈中的电流，可以实现对悬臂梁的精确控制，从而实现对微机械系统的操作。
四、系统动力学建模与分析为了深入研究超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的性能，需要建立系统的动力学模型。
通过动力学模型，可以分析系统的振动特性、稳定性以及响应速度等性能指标。
在建模过程中，需要考虑材料的物理特性、几何形状、边界条件以及外部载荷等因素的影响。
通过对模型的分析，可以优化系统结构，提高系统性能。
五、系统性能优化与实验验证为了进一步提高超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的性能，需要进行系统性能优化。
优化措施包括改进材料性能、优化结构设、计提高制造精度等。
通过实验验证，可以评估优化措施的效果，并对理论模型进行验证。
实验内容包括制备超磁致伸缩微机械悬臂梁系统、进行性能测试以及分析实验数据等。
六、应用前景与展望超磁致伸缩微机械悬臂梁系统在传感器、执行器以及振动能量收集器等领域具有广泛的应用前景。
一类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学研究
一类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学研究一类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学研究是将悬臂梁上单体碰撞简化为双侧碰撞，然后分析系统的全局动力学。
在实践中，这类悬臂梁双侧碰撞系统多用于电子行业、机械工程领域，如显示器、打印机、传动系统等，都包含有此类系统。
这类悬臂梁双侧碰撞系统的特点是，悬臂梁上有两个或多个非弹性体和一个弹簧，上面覆盖有固定的固定体，当悬臂梁运行时，体们之间会发生碰撞，而弹簧会缓冲碰撞，使悬臂梁得以继续运行。
在分析这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学时，通常采用牛顿-拉格朗日方程的多体动力学模型，通过对悬臂梁的质量、惯性矩、弹性系数及碰撞运动方程进行建模，建立悬臂梁双侧碰撞系统的动力学方程，并通过数值解法对此类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学进行研究。
为了研究这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学，首先需要对系统参数进行合理的取值，如：悬臂梁的质量、惯性矩、弹性系数及碰撞运动方程。
这些参数将决定悬臂梁双侧碰撞系统的动力学行为，因此对这些参数的取值具有重要意义。
在研究这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学时，还需要考虑系统的不确定性，如：碰撞运动方程的不确定性，因为碰撞运动方程可能会随系统参数的变化而变化，因此，在研究这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学时，需要考虑碰撞运动方程的不确定性。
此外，在分析这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学时，还需要考虑系统的动力学不稳定性，因为悬臂梁双侧碰撞系统在运行过程中，可能出现动力学不稳定的现象，如：振荡，而振荡的现象可能会影响系统的运行性能。
因此，在研究这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学时，还需要考虑系统的动力学不稳定性，并采取相应措施来防止振荡现象的出现，以保证悬臂梁双侧碰撞系统的正常运行。
总之，研究这类悬臂梁双侧碰撞系统的全局动力学主要包括以下几个方面：(1) 合理取值系统参数；(2) 考虑系统的不确定性；(3) 考虑系统的动力学不稳定性；(4) 采取措施防止振荡现象的出现。
《2024年空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》范文
《空间机械臂间隙与摩擦动力学仿真分析》篇一一、引言空间机械臂作为现代航天技术的重要组成部分，其性能直接关系到空间作业的效率和安全性。
在空间机械臂的设计与制造过程中，间隙与摩擦动力学是两个关键因素。
间隙的存在可能导致机械臂运动过程中的不稳定性，而摩擦动力学则影响着机械臂的精确度和寿命。
因此，对空间机械臂的间隙与摩擦动力学进行仿真分析具有重要的理论和实践意义。
本文将重点对空间机械臂的间隙与摩擦动力学进行仿真分析，以期为相关研究和应用提供参考。
二、空间机械臂结构与工作原理空间机械臂主要由驱动系统、控制系统、机械结构等部分组成。
其中，驱动系统负责提供动力，控制系统负责实现机械臂的精确控制，而机械结构则是实现空间作业的主体。
空间机械臂的工作原理是通过控制系统对驱动系统进行控制，使机械臂完成预定动作，实现空间作业。
三、间隙对空间机械臂动力学的影响间隙是机械系统中普遍存在的现象，它主要由于制造误差、装配误差等因素引起。
在空间机械臂中，间隙的存在可能导致机械臂运动过程中的不稳定性。
为了分析间隙对空间机械臂动力学的影响，我们建立了考虑间隙的动力学模型。
通过仿真分析，我们发现间隙会使机械臂的运动轨迹发生偏离，降低运动的稳定性和精度。
此外，间隙还会导致机械臂在运动过程中产生振动，影响其正常工作。
四、摩擦对空间机械臂动力学的影响摩擦是机械系统中的另一个重要因素，它主要由于接触面之间的相互作用引起。
在空间机械臂中，摩擦不仅影响机械臂的运动精度和寿命，还可能引起热效应等问题。
为了分析摩擦对空间机械臂动力学的影响，我们建立了考虑摩擦的动力学模型。
通过仿真分析，我们发现摩擦会使机械臂的运动产生阻力，降低其运动速度和精度。
此外，摩擦还会导致机械臂在运动过程中产生热量，可能影响其正常工作。
五、空间机械臂间隙与摩擦动力学的仿真分析为了全面分析空间机械臂的间隙与摩擦动力学特性，我们建立了综合考虑间隙与摩擦的动力学模型。
通过仿真分析，我们得到了空间机械臂在不同工况下的运动轨迹、速度、受力等情况。
间隙约束悬臂梁的振动特性分析
间隙约束悬臂梁的振动特性分析间隙约束悬臂梁的振动特性分析文章标题：间隙约束悬臂梁的振动特性分析摘要：采用实验分析的方法，研究间歇约束悬臂梁振动系统在简谐激励下系统稳态响应的动力学行为。
研究结构参数对运动状态分布和运动特征的影响。
对采集到的实验数据进行分析，利用投影相图将其运动形态直观的表达出来，便于观察分析。
关键词：悬臂梁，间歇约束，运动特性1、引言间隙对工程结构的动态行为影响十分复杂。
一方面因间隙碰撞而产生的强烈振动，往往成为许多工程结构失效的元凶，也给传统结构振动分析及其分析结论的实际运用都造成很大困难；另一方面恰当的间隙结构设计能获得十分优良的减振效果，产生了有十分重要应用的冲击消振器。
含间隙的振动系统一般为多参数高维系统，由于碰撞冲击等因素作用造成的非线性和奇异性，使系统的动态行为变得十分复杂，迫切需要人们对其动力学本质有深入的了解。
本文主要采用实验分析的方法进行研究，重点是研究在简谐位移激励下的系统可能存在的响应状态及其转变的规律，探求消减振动的存在条件。
探索运动状态分布和运动特征随结构参数变化的一般规律，为间隙减振结构参数的设计与优化提供依据。
图1实验装置简图2、实验装置2.1、悬臂梁参数：悬臂梁尺寸：900×75×10(mm)理论固有频率：10.1，63.3，177.2，347.3，574.0，857.5，1197Hz2.2、间隙调整装置参数：调整范围：0~2(mm)调整方式：斜面调节和螺旋调节总质量：35(kg)2.3、振动台参数：振动台型号：D300-2频率范围：5~4500(Hz)激振力范围：0~1960(N)运动部质量：35(kg)2.4、测量系统参数加速度传感器：YD-12BA电荷放大器：YE5861数据采集卡：研华PCI17103、实验过程测量时将加速度传感器分别固定在悬臂梁的悬伸端，中点和根部，以测量此三处的加速度相应，波形图可以直接在示波器上进行观察。
悬臂梁动力吸振器的理论分析与试验
悬臂梁动力吸振器的理论分析与试验赵存生;李海峰;朱石坚【摘要】Aiming at the limitation of the constant dynamic parameters for classical mass-spring vibration absorbers, a new cantilever-beam type absorber composed of a continuous beam and a bulk mass was designed. The vibration isolation system model with the beam-type absorber was established. The absorption frequency of the mass at different positions of the cantilever beam was calculated. Based on the ADAMS software, the frequency response characteristics of the system were obtained. The results show that the cantilever-beam absorber has a good vibration absorption effect, and the dynamic vibration absorbers with continuously adjustable parameters can be realized.%针对经典质量-弹簧系统吸振器动力参数固定不可变的局限性，设计一种由连续梁及质量块组成的新型悬臂梁式动力吸振器，建立吸振系统理论模型，确定质量块在悬臂梁不同位置时的吸振频率，并且基于ADAMS动力学仿真软件得到系统的频率响应特性，分析吸振器的吸振性能，最后实验验证悬臂梁式吸振器良好的吸振效果。
主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究
实验
12. 71 1. 52% 73. 64 1. 41% 211. 43 1. 61% 413. 16 0. 82%
相对误差
2. 37% 10. 34% 0. 20% 18. 25% 0. 40% 2. 35% 0. 59% 12. 60%
其中 Ν = x L e 是无量纲坐标。 利用能量原理, 可以导出 A CLD 梁单元的控制 微分方程[ 9 ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [M e ]{Uβ e } + [ K e ]{U e } + [ K e ]{U e } =
1. 3 粘弹性材料的微振子模型
由表 1 可以得出以下结论: ( 1) 有限元计算所得 的前四阶模态频率 f 与实验结果吻合得相当好, 验 证了本文有限元建模的正确性, 为进行控制器设计 提供了合理、 完善的数学模型。 ( 2) 有限元计算所得 到的固有频率均高于实验结果, 这是合理的。 ( 3) 前 四阶有限元计算所得到的模态损耗因子 Γ 与实验结 果存在一定的差异, 这是因为模态损耗因子的计算 及测量本身是一个十分困难的问题。
A CLD 层离固支端的距离为 93mm 。 1. 2 有限元建模
1 A CLD 悬臂梁的有限元分析
1. 1 A CLD 悬臂梁
如图 1 所示的 A CLD 悬臂梁, 铝材基梁尺寸为 400mm × 14mm × 3mm , 杨氏模量 E b = 5 × 1010N
2 3 m , 泊松比 Λ= 013, 密度 Θ b = 2700kg m ; 压电材料 ( PZT ) 由 无 锡 海 鹰 集 团 生 产, 尺 寸 为 105mm ×
∑
δ
E , B IG
V
T
E , B IG
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间隙约束 悬臂 梁 系统 的 动力 学行 为 实验 研 究
曹妍妍 ， 赵登峰
（ 西南科技大学 制造科学与工程学院 ， 四川 绵 阳 ６１１） ２ ００
摘 要 在实验中， 以受间隙约束的悬臂梁系统为模型， 对该系统在简谐激励下存在的各种非线性动态响应状态
在 动力 学 系统 中很 多 运行 因 素会 导 致 间 隙 ， 隙 间 的存在 会使 系统在 工作 时机 构 间产 生 碰撞 。含 间隙 的
１ １ 实验研 究 的 内容 及 目的 ．
碰撞振动系统一般为多参数高维的， 且具 有强的非线 性和不连续性 ， 使系统的动态行为变得十分复杂 ， 致使 许多工程 结 构失 效 ， 也给 传 统 结 构 振 动分 析及 其 分 析 结论的实际运用都造成很大 困难。然 而 目 前对间隙碰 撞振动 系统 的非线 性 动 力 学 行 为 的研 究 还 不 够 深 人 。 目前在理 论 研 究 方 面 ， 理 模 型 大 都 采 用 质 量 一 物 弹簧 系统 ， 自由度 碰 撞 振 动 系 统 的稳 定 、 叉 、 多 分 混沌 与混沌控制等方面 的研究虽已取得一定进展 ， 但与单 自由度碰 撞振 动 系统 的动 力学 研 究 相 比 ， 论 上 的突 理 破 较少 。多 自由度 碰撞 振 动 系 统 的分 叉 、 沌 和 突变 混 现象研究 目前仍局限于数值仿真 ， 大量缺乏实验结果 的论证 。因此 ， 含 间 隙 的碰 撞 振 动 系统 进 行 实 验 研 对 究 ， 目前 非线性 动力 学研 究 的重 要 目标 ， 是 对 大量 是 也 理论 研究 成果 的重要论证 。 本文 的研 究 对 象 是 间 隙 约 束 悬 臂 梁 系统 ， 系 统 此 模 型 ， 由中 国工 程 物 理研 究 院根 据 航 天 器 内部 设 备 是 的间隙型减 振结 构设计 问题提 出。与 一般 线 性 系统 不 同， 具有强非线性的间隙约束悬臂梁系统 ， 在简谐激励 下 响应 状态 复杂 ， 既有各 种 不 同 的周期 状 态 ， 也有 拟 周 期 、 周期状 态和 混沌状 态 ， 非 还存 在 各种 复 杂 的 响应 突 变。要揭示这些复杂 的现象， 了采用必要 的理论假 除 设建立数学模型之外 ， 必须结合实验观测结果 ， 使数学 模型 能够较 准 确 地 预 测 系统 的动 力 行 为 。 因此 ， 文 本 研究的主旨是间隙约束悬臂梁系统非线性动力学行为 特性 的实验研 究 ， 析该 系 统动 力学 响应 随激 励频 率 、 分 幅值以及间隙接触 刚度变化的演变规律 ， 为理论研究 提供依 据 ， 而促进 非线性 理论 的发展 。 从
进行 了定性的研究 ， 并利用 Ｍａ ａ ｔｂ软件对实验数据进行处 理 ， ｌ 绘制 出相 图。通过分析 ， 出不 同的响应状态 随系统参数 得
变化 的演变规律 ， 为理论研究提供实验依 据 ， 从而促进非线性振动理论的发展 。
关键词 ：非线性动态响应 ， 间隙约束 ， 分岔 ， 混沌 中图分类号 ：０ ２ ３２ 文献标识码 ：Ａ
维普资讯
振 第２ ６卷第 ４期
动
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冲
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｝ 测试分析和实验研究 ｝
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间隙 约束 悬 臂 梁 系 统 为 多 自由度 的悬 臂 梁碰 撞—— 振 动系统 。其 简化 模 型如 图 １所 示 ， 臂 梁 的 悬 端 固定 在振动 台上 ， 另一 端 有 弹性 的间 隙约束 ， 通过 调整装置可以调节间隙的大小和间隙约束的位置。
一
固 定 端 装 置
钢， 均匀部 分 的尺寸 为 ９０ｍ × ０ｍｍ×１ ｍ， ０ ｍ ８ ０ｍ 梁悬 伸 端 的 刚 度 为 （ ． ５ × １ Ｎ ｍ） ５６ ０ ／ ；电 动 振 动 台 （ ３０—２ ： Ｄ一 ０ ） 产生正 弦激 励 的信 号 源 ， 使 测试 对 象 并 在选定 的激 励 幅 值 和频 率下 振 动 ； 压 电式 加 速 度传 用 感器 （ Ａ— Ｄ 一１ ８ 及 电 荷放 大 器 （ Ｅ ６ ０ ） Ｃ Ｙ ２ Ａ） Ｙ ６ ０ 测量 振动 响应 ； 双踪 示 波器 （ Ｂ４ ２ ） 观测 系 统 的 响应 信 Ｙ ３ ５ ： 号和 加 速 度 相 图 ；６路 多 功 能 数 据 采 集 卡 （ Ｃ １ Ｐ Ｉ—
图 １ 间隙约束悬臂梁系统 的简化模型
间隙约束悬 臂梁系统 是多参数高维系统 ， 与线性 系统不 同 ， 有很 强 的非 线性 本 质 ， 般线 性 系统 的 它具 一 响应是与激励同频周期运动 ， 对其研究也很容易 ， 然而 对 于非 线性 系统 而 言 ， 究 其 丰 富 的运 动 状 态 和 演 化 研 过程是非线性科学技术的重要理论基础 ， 但是很 困难 。 为 了 区分 不 同 的运 动 状 态 往 往 需 要 一 些 相 图 来 辅 助 。 因此 ， 本文针对间隙约束悬臂梁系统 ， 建立 了一套实验 研究方案 ， 研究在不同的间隙约束条件下 ， 随着激励幅 值 和频率 变化 的系统 响应 状 态 变化 。研 究 的最 终 目标 是观 测 系统不 同 的动 态 响应 状 态 ， 析 系 统 随着 间 隙 分 接触 刚度 、 激励 幅值 和频率 变化 的 的演 变规 律 。 １２ 实验 方案 及步骤 ． 根 据 实验研 究 的 内容 ， 为 了更 好 地 测 量 实验 数 也 据 ， 用如 图 ２所 示实 验方 案 。其 中梁 的材 料 为 ４ 采 ５号