健骑机刚柔耦合动力学仿真分析
刚柔耦合机械系统动态特性仿真与分析
刚柔耦合机械系统动态特性仿真与分析近年来，随着科技的不断发展和机械工程领域的进步，刚柔耦合机械系统逐渐成为了研究热点。
刚柔耦合机械系统由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分负责传递力量和实现运动控制，而柔性部分则通过弹性变形来减小冲击和振动。
动态特性仿真与分析的研究，可以帮助我们更好地了解刚柔耦合机械系统的运动规律和优化设计。
刚柔耦合机械系统是一个复杂且多变的系统，因此进行仿真和分析是必不可少的一步。
在进行仿真前，我们需要建立系统的数学模型。
数学模型可以描述系统的运动方程和力学关系，是进行仿真与分析的基础。
通过数学模型，我们可以对系统的动态特性进行定量描述，如自然频率、振型等。
一种常见的建模方法是基于有限元分析（FEA）。
FEA可以将复杂的几何结构离散为许多小的有限元，通过求解有限元的位移和变形来分析整体系统的动态响应。
对于刚柔耦合机械系统而言，我们可以将刚性部分建模为刚体，柔性部分建模为弹簧或梁。
通过选择合适的单元类型和约束条件，可以模拟系统在不同载荷下的振动响应和应力分布。
在进行仿真分析时，需要考虑到系统的初始条件和边界条件。
初始条件包括系统的初始位置、速度和加速度等。
边界条件则包括约束和外部施加力等。
通过改变这些条件，我们可以研究系统在不同工况下的响应情况。
例如，可以研究系统在不同频率下的共振现象和应力集中情况，以评估系统的可靠性和安全性。
刚柔耦合机械系统的动态特性仿真与分析可以帮助我们优化系统设计和改进产品性能。
通过仿真，我们可以在不同参数和条件下评估系统的响应，从而提供优化设计方案的依据。
例如，在设计机器人手臂时，我们可以通过仿真分析手臂的振动频率和振幅，进而改进结构和材料的选择，以提高手臂的工作稳定性和精度。
此外，仿真和分析还可以帮助我们预测系统的故障和损坏。
通过分析系统在不同载荷下的应力和变形分布，我们可以评估系统的强度和刚度，以判断系统是否会发生破坏性失效。
这对于预防事故和优化维护策略具有重要意义。
基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化
F(x)二｛
(13)
fmax + P ( x ) g( x )〉0G— 1,2,…，m)
式中:九ax为种群中所有可行解的最大函数值;P ( x )
为罚函数，可表示为：
工 P(x)二 gjgj(x))
(14)
其中a为罚函数强度因子。
根据以上理论，提出基于刚柔耦合运动仿真的 神经网络遗传算法复合材料结构优化方法,流程如 图2所示。
刚柔耦合动力学与刚体动力学的不同之处在于
收稿日期：2020-09-14 作者简介：梁力（1991-）,男，硕士，工程师，主要从事飞机结构优化方面的设计，lill991.0@。
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基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化
2021年6月
考虑了柔性部件变形对运动的影响，通常采用模态 综合的方法，本文使用C-B部件模态综合法对起落 架舱和舱门进行柔性建模,柔性体物理自由度和CB部件模态之间满足以下关系：
为约束函数gj(x)的个数;l为约束函数hk(x)的个
数;xf和xf分别为设计变量x.的下限和上限。
在实际应用时，复合材料的铺层厚度和铺设角
通常不能取任意值,铺层厚度必须是单层厚度的整
数倍,铺层角通常为±45。、0。和90°,因此复合材料
优化是一种离散的叠层顺序优化。遗传算法求解优
化问题，无须求解目标函数的导数，适用于目标函数
隐藏层输出H可表示为：
n
d=/(Y ,=1
j= 1,2,…,Z
(6)
式中,/(*)隐藏层激励函数可表示为：
1 -e-2%
/( %) =
(7)
1 +e
BP神经网络输出层预测输出。可表示为：
Z
°k =工叫4+仿,k = 1,2,…，m (8) =1
刚柔耦合仿真分析流程及要点
本文主要介绍使用SolidWorks、HyperMesh、ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合动力学分析的主要步骤。
一、几何建模在SolidWorks中建立几何模型，将模型调整到合适的姿态，保存。
此模型的姿态不要改动，否则以后的MNF文件导入到ADAMS中装配起来麻烦。
二、ADAMS动力学仿真分析将模型导入到ADAMS中进行动力学仿真分析。
为了方便三维模型的建立，SolidWorks中是将每个零件单独进行建模然后在装配模块中进行装配。
这一特点导致三维模型导入到ADAMS软件后，每一个零件都是一个独立的part，由于工作装置三维模型比较复杂，因此part数目也就相应的比较多，这样就对仿真分析的进行产生不利影响。
下面总结一下从三维建模软件SolidWorks导入到ADAMS中进行机构动力学仿真的要点。
（1）首先在SolidWorks中得到装配体。
（2）分析该装配体中，至U底有几个构件。
（3）分别隐藏其他构件而只保留一个构件，并把该构件导出为*.x_t格式文件。
（4）在ADAMS中依次导入各个*.x_t文件，并注意是用part的形式导入的。
（5）对各个构件重命名，并给定颜色，设置其质量属性。
（6）对于产生相对运动的地方，建议先在此处创建一个marker,以方便后面的操作。
否则，三维模型进入ADAMS后，线条繁多，在创建运动副的时候很难找到对应的点。
部件的导入如下图1所示：图1文件输入File Type 选择Parasolid;File To Read找到相应的模型；将Model Name 切换到Part Name,然后在输入框中右击，一次单击part宀create然后在弹出的新窗口中设置相应的Part Name,然后单击OK宀0K。
将一个部件导入，重复以上步骤将部件依次导入。
这里输入的技巧是将部件名称按顺序排列，如zpt_1、zpt_2、zpt_3.,然后在图1中只需将zpt_1改为zpt_2、将PART_1改为PART_2即可。
机械系统中的刚柔耦合动力学分析
机械系统中的刚柔耦合动力学分析引言机械系统的刚柔耦合动力学分析是研究刚性部件和柔性部件耦合工作时的振动特性和动力学性能的过程。
刚柔耦合系统由刚性和柔性部件组成，其刚性部件具有高刚度和低振动特性，柔性部件则具有低刚度和高振动特性。
刚柔耦合分析在现代工程设计和制造中具有重要的作用，尤其是在飞行器、机器人、精密仪器等领域中的应用。
一、刚柔耦合动力学模型刚柔耦合动力学模型是描述该系统振动行为的数学模型。
该模型可以基于刚体动力学和弹性体动力学原理建立。
刚体动力学模型涉及质点、刚体的平移和旋转运动方程，弹性体动力学模型涉及刚体振动的波动方程和柔性部件的变形方程。
综合考虑刚体和弹性体的动力学模型，可建立刚柔耦合动力学模型，用于研究振动响应和动力学性能。
二、刚柔耦合系统的耦合方式刚柔耦合系统的耦合方式主要包括刚体与柔性部件的物理耦合和动力学耦合。
物理耦合是指刚体和柔性部件通过连接件（如螺栓、焊接等）实现的实体耦合，确保其共同工作。
动力学耦合是指刚体和柔性部件在振动过程中相互作用和影响。
物理耦合和动力学耦合的研究有助于理解刚柔耦合系统的振动特性和动力学行为，提高系统工作的稳定性和可靠性。
三、刚柔耦合系统的振动特性分析刚柔耦合系统的振动特性是研究该系统固有频率、模态形状和振型等振动性质的过程。
通过振动特性分析，可以确定系统的谐振频率和振型，为系统优化设计和振动控制提供依据。
常用的方法包括有限元分析、模态分析和振动测试等。
其中，有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以模拟系统的振动响应，模态分析可以获得系统的固有频率和模态形状，振动测试可以直接测量系统的振动状态。
四、刚柔耦合系统的动力学性能分析刚柔耦合系统的动力学性能是研究该系统在外部激励作用下的响应和行为。
动力学性能分析主要包括动力学模态分析、频率响应分析和阻尼特性分析等。
动力学模态分析可以研究系统在特定工况下的振动行为和能量分布，频率响应分析可以研究系统在不同频率下的响应特性，阻尼特性分析可以研究系统的振动耗能和稳定性。
刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究
刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究1.前言刚柔耦合并联机器人是一种新型的机器人技术，其特点是结合了刚体机器人和柔性机器人的优点，在运动控制、机械刚度、操作灵活性等方面具有很大的优势。
本文旨在通过对刚柔耦合并联机器人的动力学建模及仿真进行研究，探索其在机器人领域的应用前景。
2.刚柔耦合并联机器人的概念和特点刚柔耦合并联机器人是指将刚体机器人和柔性机器人结合起来，构成一种新型的机器人系统。
其特点在于，将多个刚体部分通过柔性连接构成一个整体，在此基础上再进行机械臂设计及运动控制，使得机器人系统在运动中能够具备较高的柔性和韧性，同时兼备高刚度和高精度的优点。
与传统的刚体机器人相比，刚柔耦合机器人具有以下几个方面的特点：（1）柔性连接：用柔性连接将多个刚体部分构成一个连续的机械臂结构，使得机械臂在操作时能够兼顾柔性和刚度。
（2）高韧性：由于采用了柔性部件，机械臂的韧性得到了提高，在进行协作任务时具有较好的适应能力。
（3）高效率：柔性部件的加入使得机械臂的运动更加平稳，能够在较高的速度下进行操作，提高了工作效率。
3.刚柔耦合并联机器人的动力学模型为了更好地掌握刚柔耦合并联机器人的运动特性，需要对其进行动力学建模。
在机器人运动学模型中，关节角度、连杆长度以及机器人末端的空间位置是非常重要的参数。
在刚柔耦合机器人中，由于连接部件的柔性，连接部件的长度随时间和机器人的运动而变化。
因此，建立刚柔耦合并联机器人的动力学模型需要考虑柔性连接部件的材料特性和节点运动方程。
在建立动力学模型时，可以采用Lagrange动力学方法。
其中，Lagrange的动力学方程可以表示为：Lagrange（T）- Lagrange（U）=d/dt（dL/d/dt（T））其中T表示机械臂的运动状态参数，U表示势能，L表示机械臂的动能。
利用该方程可以求解机械臂在运动过程中所受到的各种力。
4.刚柔耦合并联机器人的运动控制刚柔耦合并联机器人的运动控制是实现机器人高精度和高柔性的重要措施。
健骑机虚拟样机的建立与仿真分析
河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：健骑机虚拟样机的建立与仿真分析学生姓名：刘松所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：付素芳完成时间：2009 年5月20日摘要健骑机是一种作用于腿部及胸部肌群，可使全身80%的肌肉和关节同时参加运动的一种不可多得的健身器材。
本文以学院东操场边的健骑机实物为参考，在研究分析健骑机的组成和各零件间的相互关系的基础上，测量其各零件的数据。
首先利用Pro/E建模功能对各零件进行建模；然后利用Pro/E的装配模块，通过定义“驱动”，完成了快速成型机的运动仿真，并在此基础上进行干涉分析，经过干涉分析找出问题，再回到三维模型中去完善模型，最终生成满足设计要求的健骑机模型，为其结构动态优化设计提供参考。
关键词：健骑机，Pro/E，建模AbstractCycling equipment acting on the leg and chest muscle, is a rare equipment that enable 80% of the whole body’s muscles and joints to move at the same time. In this paper,study on the composition of the cycling equipment parts and analysis of the specific relationship between the various parts have been carried out according to the cycling equipment at the east of the college's playground; the data of its every part measured as well.First of all , the paper has builded the model using Pro/E modeling capabilities. Then, through defining the ’driver’ and using the Pro/E assembly module software, it has completed the motion simulation. On the basis of interference analysis, the problems were identified and the model was improved. Finally, the paper has developed a model which can meet the design requirement and make a reference for its optimal dynamic design.Key words: Cycling Equipment, Pro/Engineer, Modeling目录1 绪论 (1)1.1 课题背景及研究意义 (1)1.2 健身器材的研究现状 (1)1.1.1 健身器材的发展与品牌化 (1)1.1.2 健身器材的分类与功能 (2)1.3 现代机械设计方法概述 (3)1.4 本文主要研究内容 (3)2 Pro/E的功能概述 (5)2.1 Pro/E的三维模型创建功能 (7)2.2 Pro/E建模的一般过程 (7)3 基于Pro/E的健骑机建模 (9)3.1健骑机的结构分析 (9)3.2健骑机的建模过程 (12)3.3生成虚拟样机 (14)4 基于Pro/E的健骑机的运动仿真 (16)4.1 机构组件的确定 (16)4.2 运动仿真分析 (17)4.2.1 仿真动画的生成 (17)4.2.2 仿真分析 (18)5 结束语 (21)致谢 (22)参考文献 (23)1 绪论1.1 课题背景及研究意义随着人们生活水平的不断提高和科学技术的快速发展，地球人的健身意识越来越强，进行户外运动和室内健身已经成为人们日常生活中必不可少的一个内容。
基于刚柔耦合模型的卡扣机构动力学仿真分析
基于刚柔耦合模型的卡扣机构动力学仿真分析王冰冰;林木;王月婷【摘要】The paper establishes a snap-in mechanism rigid coupling model by the ADAMS,which is used to accurately and truly reflect the movement of the snap-in mechanism and analyzes the dynamics and multi-body model of the lifts and the snap-in mechanism.Through the analysis,it is found that significant fluctuation exists in the velocity and acceleration curves,when the displacement curve of the rigid coupling model remains unchanged and its reason is analyzed.The guiding direction is provided for further optimizing the mechanism.%运用ADAMS建立了卡扣机构刚柔耦合模型,准确并真实地反应出了卡扣机构的运动情况,将升降台和卡扣机构动力学特性与多刚体模型进行对比分析.通过分析发现,基于刚柔耦合模型下升降台和卡扣机构在位移曲线保持不变的情况下,工作时的速度、加速度曲线有明显波动,并通过分析波动的原因,为机构的进一步优化提出了指导方向.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】5页(P103-106,123)【关键词】ADAMS;动力学仿真;刚柔耦合【作者】王冰冰;林木;王月婷【作者单位】大连海洋大学应用技术学院,辽宁大连116300;大连海洋大学应用技术学院,辽宁大连116300;大连海洋大学应用技术学院,辽宁大连116300【正文语种】中文【中图分类】TH113.2+2在以往的机构动力学仿真研究中，一般将机构系统作为刚性体来对待，其各个构件都属于刚体，在力的作用下不会反映出弹性变形，这种把构件当做刚体系统来处理，在大多数的情况下是可以满足精度要求的，但是在考虑构件变形的情况下完全将构件考虑成刚性体来处理不能达到精度的要求。
大范围运动刚柔耦合系统动力学建模与仿真
大范围运动刚柔耦合系统动力学建模与仿真随着科技的不断发展，机器人技术在各个领域得到了广泛的应用。
机器人的运动控制是机器人技术中的一个重要研究方向。
在机器人的运动控制中，刚柔耦合系统动力学建模与仿真是一个重要的研究方向。
刚柔耦合系统是指由刚体和柔性结构组成的系统。
刚体是指具有固定形状和大小的物体，而柔性结构则是指具有一定弹性的物体。
刚柔耦合系统的动力学建模与仿真是指对这种系统进行数学建模和仿真分析，以便更好地理解和控制这种系统的运动。
在刚柔耦合系统的动力学建模中，需要考虑刚体和柔性结构之间的相互作用。
这种相互作用可以通过建立刚柔耦合系统的动力学模型来描述。
动力学模型可以用来预测系统的运动轨迹和响应。
在建立动力学模型时，需要考虑系统的质量、惯性、弹性和摩擦等因素。
在刚柔耦合系统的仿真分析中，可以使用计算机模拟的方法来模拟系统的运动。
计算机模拟可以帮助研究人员更好地理解系统的运动特性，并预测系统的响应。
在进行仿真分析时，需要考虑系统的初始状态、外部扰动和控制策略等因素。
刚柔耦合系统的动力学建模与仿真在机器人技术中具有广泛的应用。
例如，在机器人的运动控制中，刚柔耦合系统的动力学建模和仿真可以帮助研究人员更好地理解机器人的运动特性，并设计更有效的控制策略。
此外，在机器人的设计和制造中，刚柔耦合系统的动力学建模和仿真也可以帮助研究人员更好地理解机器人的结构和性能，并优化机器人的设计。
刚柔耦合系统的动力学建模与仿真是机器人技术中的一个重要研究方向。
通过建立动力学模型和进行仿真分析，可以更好地理解和控制刚柔耦合系统的运动特性，从而为机器人技术的发展提供有力的支持。
基于刚柔耦合的自动化动力学仿真分析研究
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ｒｇｄ ｆ ｘｂ ｅｃ ｕ ｌ ｇ ａ ｔｍａｅ ｎ ｌｓｓｗａ ｅ ｌ ｅ 。ｗｈｃ ｏ ｌ ｒ ｖｄ ｈ ｏ ｎ ａ ｉｎ ｆ ｒＤ０Ｅ ａ ｄ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｓｕ ｙ ｉｉ－ｌ ｉ ｌ ｏ ｐ ｉ ｕ ｏ ｔｄ ａ ｙ ｉ ｅ ｎ ａ ｓｒａ ｉ ｚ ｄ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｐ ｏ ｉｅ ｔ ｅ ｆ ｕ ｄ ｔ ｏ ｏ ｎ ｐｉ ａｉ ｔｄ ． ｍｉ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｉ— ｌｘ ｂ ｅ ｃ ｕ ｌ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｄ ｆ ｉ ｌ ｏ ｐ ｉ ；ａ ｔ ｍａ ｉ ｎ；ｄ ｎ ｍｉｓ ｇ ｅ ｎ ｕｏ ｔ ｏ ｙ ａ ｃ ；ＡＮＳ ＹＳ；ＡＤＡＭ Ｓ
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基于刚柔耦合的自动化动力学仿真分析研究
第６期（总第１６９期）２０１１年１２月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．６Ｄｅｃ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１１）０６－００７１－０３基于刚柔耦合的自动化动力学仿真分析研究张士存１，付月磊２（１．南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 ２６６１１１；２．安世亚太科技（北京）有限公司，北京 １０００２６）摘要：刚柔耦合是多体系统最常见的力学模型，在其建模分析过程中存在一定的复杂性与重复性。
以三连杆机构为例，通过ＡＮＳＹＳ和ＡＤＡＭＳ实现刚柔耦合全分析过程，并利用ＭｏｄｅｌＣｅｎｔｅｒ的ＱｕｉｃｋＷｒａｐ技术对整个分析过程的功能点进行组件封装，最后通过封装好的组件搭建刚柔耦合分析流程，最终实现自动化的刚柔耦合分析，为进一步的ＤＯＥ及优化分析奠定了基础。
关键词：刚柔耦合；自动化；动力学；ＡＮＳＹＳ；ＡＤＡＭＳ中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１１－０６－２８；修回日期：２０１１－０７－０８作者简介：张士存（１９７９－），男，山东济南人，工程师，本科，主要从事仿真集成及高性能计算集群应用工作。
０ 引言在机械系统中，柔性体会对整个系统的运动产生重要影响，在进行运动学分析时如果不考虑柔性体的影响将会造成很大的误差，同样整个系统的运动情况也反过来决定了每个构件的受力状况和运动状态，从而决定了构件内部的应力应变分布。
因此采用ＡＮＳＹＳ和ＡＤＡＭＳ软件的联合仿真应运而生，它不但可以精确地模拟整个系统的运动，而且可以基于运动仿真的结果对运动系统中的柔性体进行应力应变分析［１，２］。
本文基于柔性体仿真的基本数学模型［３，４］，以三连杆机构为例，进行刚柔耦合动力学仿真分析全过程研究。
１ 刚柔耦合分析本文所要分析的模型为三连杆机构，其中中间的连杆考虑作为柔性体，具体分析模型如图１所示。
１．１ 柔性体模态中性文件生成进行刚柔耦合分析的第一步便是创建柔性体的模态中性文件＊．ｍｎｆ文件，模态中性文件是ＡＤＡＭＳ软件进行刚柔耦合分析所需要的文件，它包含了柔性体的质量、质心、转动惯量、频率、振型以及对载荷的参与因子等信息，该步骤是在ＡＮＳＹＳ中完成的。
(整理)练习二创建柔性体并进行刚柔耦合仿真分析
练习二创建柔性体并进行刚柔耦合仿真本示例将练习使用FlexPrep工具创建汽车下控制臂柔性体模型，通过替换汽车前悬架模型中刚性控制臂完成汽车前悬架的刚柔耦合仿真。
练习中使用的下控制臂模型如图1所示。
图2显示了汽车前悬架模型。
图1 下控制臂模型图2 汽车前悬架模型创建柔性控制臂模型（MV-2010）第1步：使用FlexPrep工具练习中使用的模型均位于<installation directory>\tutorials\mv_hv_hg\mbd_modeling\flexbodies文件夹下。
1. 启动MotionView2. 在Flex Tools下拉菜单中选择FlexProp，弹出FlexBodyProp对话框图3 选择FlexProp工具3. 激活OptiStruct Flexbody Generation，在下拉列表中选择Create OS prp(preparation) file and generate theh3d flexbody4. 点击Select Bulk Data File右侧的文件浏览按钮选择sla_flex_left.fem注：在这里可以使用任何OptiStruct（fem）和Nastran（nas，dat，bdf）文件5. 在Save the *.h3d file as栏中输入输出H3D文件的文件名：sla_flex_left.h3d6. 在组件模态综合类型（Component Mode Synthesis Type）栏中选择Craig-Bampton方法7. 在指定界面节点栏中（Specify Interface Node List）输入：4927+4979+4984界面节点（Interface Node）指在多体动力学分析中机构约束或施加载荷的位置8. 在Cutoff Type and value栏中选择Hightest Mode#并设置最高阶数为10注：MotionView提供了两种方法限制待生成的H3D文件中模型的模态信息：指定模态最高阶数和指定模态最高截止频率。
无级变速器刚柔耦合模型的性能仿真研究
无级变速器刚柔耦合模型的性能仿真研究贾小刚;赵晓青【摘要】以封闭式无级变速器为研究对象,建立其刚柔耦合虚拟样机模型并进行虚拟仿真试验.对行星锥盘和输入轴等两个柔性体构件的动力学仿真结果进行分析,并且对构件进行耐久性分析,获得了在仿真过程中构件的动态应力分布情况.为实现无级变速器的精确动力学分析研究提供了新方法,为变速器传动设计提供依据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P10-12)【关键词】无级变速器;刚柔耦合;虚拟样机;动力学分析【作者】贾小刚;赵晓青【作者单位】武警工程大学装备工程学院,西安710086;武警工程大学装备工程学院,西安710086【正文语种】中文【中图分类】TH1640 引言封闭差动无级变速器是至少有一个作行星运动的中间滚动体，依靠滚动副的摩擦力来传递动力，它是通过改变太阳轮或行星轮的工作半径来实现变速的无级变速器。
该变速器具有变速范围广、结构紧凑、体积小、重量轻、运转平稳、噪音低等特点［1］。
随着无级变速器部分构件采用轻质柔性材料,转速的加快以及传动稳定性要求的提升，构件的高速运动与其变形之间的相互影响越来越明显，以至造成较大的传动误差。
因此，要得到精确动力学分析结果，就必须采用刚柔耦合的虚拟样机模型。
1 刚性体虚拟样机模型建立1.1 三维实体建模图1 封闭式差动无级变速器总装配图零部件的实体建模及装配是可视化虚拟样机设计的重要组成部分。
由于封闭式差动无级变速器结构很复杂，一般借助三维软件来完成实体建模建立。
根据设计图纸，运用Pro/Engineer 软件建立封闭式差动无级变速器所有构件的几何模型，并进行组装，建立如图1 所示的三维实体模型。
1.2 刚性体虚拟样机模型将三维几何模型导入动力学仿真软件ADAMS 中的步骤为：1）对构件属性进行编辑。
2）模型环境的设置。
3）对模型施加约束。
确定零部件之间的依附关系及相对运动关系，这是开发虚拟样机及动力学分析至关重要的一环。
刚柔耦合机械系统动力学仿真
№.3 陕西科技大学学报 J un.2006・74・ J OU RNAL OF SHAANXI UN IV ERSIT Y OF SCIENCE &TECHNOLO GY Vol.243 文章编号:1000-5811(2006)03-0074-04刚柔耦合机械系统动力学仿真刘言松,曹巨江,张元莹(陕西科技大学机电工程学院,陕西咸阳 712081)摘 要:有限元技术和虚拟样机技术相结合,实现了对高速机械系统刚柔耦合的动力学仿真,并以一个算例说明了该方法的可行性。
关键词:有限元技术;虚拟样机技术;刚柔耦合;动力学仿真中图分类号:T H113 文献标识码:A0 前言机械系统的动力学分析与仿真是随着计算机技术的发展而不断成熟的,多体系统动力学是其理论基础。
多体系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统,多体系统动力学的根本目的是用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。
多体系统可分为多刚体系统和多柔体系统,前者是指对于低速运动的系统中的物体,由于其弹性变形不影响其大范围的运动特性,因此均被假定为刚体,后者是指在大型、轻质、高速的工况下,组成系统的物体的弹性变形直接影响了系统的运动特性,因而将所有或部分物体假定为柔性体。
本文将研究如何利用有限元技术和虚拟样机技术实现刚柔耦合的机械系统的动力学仿真。
1 多柔体系统动力学方程的建立建立如图1所示的多柔体的坐标系。
e r 为惯性坐标系,e b 为动坐标系,前者不随时间变化,后者建立在柔性体上,用于描述柔性体的运动。
e b 可以相对e r 进行有限的移动和转动,e b 在e r 中的坐标称为参考坐标。
图1 柔性体上节点P 的位置对于小变形的柔性体运动可以将其运动分解为:刚性运动———刚性转动———变形运动3个阶段。
如图1,对于柔性体上的任意一点P ,其位置向量为:r = r 0+A ( r p + up )(1)式中,r 为P 点在惯性坐标系e r 中的向量,r 0为动坐标系e b 原点在e r 中的向量,u p 为相对变形量,可以用模态坐标来描述:u p = Φp q f(2)式中,Φp 为点P 满足里兹基向量所要求的假设变形模态矩阵,q f为变形的广义坐标。
刚—柔耦合系统动力学建模理论与仿真技术研究
刚—柔耦合系统动力学建模理论与仿真技术研究一、概述随着现代科学技术的发展，刚—柔耦合系统在航空、航天、机械工程等多个领域发挥着越来越重要的作用。
这类系统通常由刚体部分和柔性体部分组成，其动力学行为既包含刚体的运动特性，也包含柔性体的变形特性。
如何准确、高效地对刚—柔耦合系统进行动力学建模和仿真，对于理解和预测系统在实际工作条件下的行为，以及优化系统设计具有重要意义。
本文旨在对刚—柔耦合系统的动力学建模理论与仿真技术进行深入研究。
将对刚—柔耦合系统的基本概念、特点和分类进行介绍，明确研究背景和意义。
随后，将综述当前在刚—柔耦合系统动力学建模领域的主要方法和进展，包括基于多体系统动力学理论的建模方法、有限元方法、以及近年来兴起的刚—柔耦合建模方法。
在此基础上，本文将重点探讨刚—柔耦合系统动力学建模的关键技术，如刚柔耦合界面的建模、参数识别、以及模型验证等。
本文还将探讨刚—柔耦合系统动力学仿真的相关技术。
仿真技术的选择和实现对于准确预测系统动态行为至关重要。
本文将分析不同的仿真策略，如多体系统动力学仿真、有限元仿真以及多尺度仿真，并探讨这些策略在刚—柔耦合系统中的应用。
同时，将讨论仿真过程中可能遇到的问题和挑战，如计算效率、精度控制和结果分析等。
本文将通过具体的案例研究，展示所提出的动力学建模与仿真技术在刚—柔耦合系统中的应用效果，验证所提方法的有效性和实用性。
通过本文的研究，期望能为刚—柔耦合系统动力学建模与仿真技术的发展提供新的理论依据和技术支持。
1. 刚—柔耦合系统的定义与特性刚—柔耦合系统是指在工程实际中广泛存在的一类复杂系统，其核心特点在于系统内同时包含了刚性部件和柔性部件。
这种系统的动力学行为不仅受到刚性部件的直接影响，还受到柔性部件的显著作用。
刚—柔耦合系统的动力学建模与仿真技术研究，对于理解和预测这类系统的动态行为具有重要的理论和实际意义。
刚—柔耦合系统可以被定义为一个由至少一个刚性部件和一个柔性部件组成的动力学系统。
基于刚柔耦合模型对动力学的分析
基于刚柔耦合模型对动力学的分析【摘要】本文基于国内某高速列车，分别建立其多刚体和刚柔耦合动力学模型，通过计算两种模型的动力学指标，分析车体弹性振动对车辆系统动力学的影响。
【关键词】高速列车；刚柔耦合模型；车辆系统动力学1 前言当今高速列车发展主要围绕高速化和轻量化这两大主题展开。
由此引发的问题也伴随而来：一方面，当列车行驶速度升高时，轨道的激扰频率会随之升高，而另一方面车体逐步轻量化也导致车辆结构本身刚度的下降，因此减低了车辆结构本身的自振频率，更容易在高频激扰下发生共振，从而恶化高速列车的动力学性能。
但传统的车辆动力学分析中，将车辆系统考虑成多刚体，无法考察高速列车部件结构振动对动力学性能的影响。
本文基于国内某高速列车分别建立多刚体和刚柔耦合动力学模型，计算分析车体弹性振动对车辆系统动力学的影响。
2 模型建立轨道车辆实际是一个复杂的弹性多自由度振动系统，通过仿真的方法完整描述出动力学特性是不可能的，因此在对其进行动力学分析时，需要建立一个相对简化的多体动力学模型。
本文以某高速列车为研究对象，分别建立其多刚体和车体为弹性体的刚柔耦合系统模型。
3 动力学指标对比分析本文中利用国家针对车辆系统动力学性能评定的相关标准及规定，在SIMPACK中对所建的两种车辆系统模型的各项动力学性能指标进行计算分析，总结两者之间的差异。
3.1 运行稳定性指标对比分析图1 580km/h、581km/h时多刚体模型各轮对横向位移通过图1可以发现，多刚体模型中当车辆运行速度为580km/h时，当车辆系统通过一段有激扰的轨道谱后，各轮对的横向位移量很快衰减，而当车辆以581km/h的速度运行时，通过有激扰路段后，各位轮对的横向位移量出现等幅振荡现象，则多刚体车辆系统模型在580km/h达到临界速度。
图2 534km/h、535km/h时刚柔耦合各轮对横向位移通过图2发现刚柔耦合车辆系统模型在534km/h时达到临界速度。
通过以上计算得到，刚柔耦合模型的稳定临界速度为534km/h低于多刚体模型的580km/h，与实际稳定临界速度更为接近。
UM软件入门系列教程04：刚柔耦合动力学仿真-pub
目录1．曲柄-滑块机构 (1)1.1配置ANSYS工作环境 (3)1.2准备连杆柔性体模型 (4)1.2.1在ANSYS里的工作 (4)1.2.2柔性子系统向导 (6)1.3刚柔耦合系统动力学建模 (12)1.3.1创建几何图形 (13)1.3.2创建刚体 (15)1.3.3创建柔性子系统 (16)1.3.4创建铰 (17)1.4刚柔耦合系统动力学仿真 (20)2．柔性平台-电机模型 (26)2.1准备柔性平台 (27)2.1.1在ANSYS环境里工作 (28)2.1.2在ANSYS Workbench环境里工作 (29)2.1.3柔性子系统向导 (36)2.2刚柔耦合系统动力学建模与仿真 (37)2.2.1导入柔性平台 (37)2.2.2连接柔性平台与大地 (38)2.2.3创建几何图形 (38)2.2.4创建力元 (42)2.2.5导入电机子系统 (45)2.2.6设置电机转子速度曲线 (47)2.2.7连接电机与柔性平台 (49)2.2.8计算系统平衡位置和固有频率 (51)2.2.9运动仿真 (53)1．曲柄-滑块机构本例模型为一个曲柄-滑块机构，如图 1.1所示。
在{UM Data}\SAMPLES\ Flex目录有一个名为slider_crank_all的模型。
这个模型里共有三个曲柄-滑块机构，其不同之处在于构件连杆的建模方式：⚫连杆为一个刚体；⚫连杆为一个子系统，由11个刚体通过铰和力元连接而成；⚫连杆为一个柔性体，从有限元软件导入。
图1.1 曲柄-滑块机构：1-机架，2-曲柄，3-连杆，4-滑块这里主要介绍第三个模型——刚柔耦合机构的建模流程：1.建立连杆的有限元模型；2.计算所需的模态，并转换保存为UM格式；3.创建几何图形；4.创建刚体（曲柄和滑块）；5.导入连杆弹性体；6.创建铰和力元。
前两步在ANSYS里进行，后面四步在UM软件里进行。
备注：UM使用子系统技术处理外部导入的柔性体，每个柔性体都是一个独立的子系统，导入时选择Linear FEM Subsystem类型。
刚柔耦合车辆动力学动态响应分析
刚柔耦合车辆动力学动态响应分析∗张成功【摘要】为了分析弹性车体结构振动特性及对曲线通过能力的影响，用运多体动力学建模仿真软件SIMPACK分别建立某型动车组刚性动力学仿真模型和柔性车体与刚性走行部耦合动力学仿真模型，通过对两种模型的垂向和横向动力学动态响应进行比较和分析。
结果表明，刚柔耦合模型车体振动加速度均方值( RMS)和Sperling指标均较多刚体模型大，曲线通过能力减小。
%In order to analyze the vibration characteristics of the elastic body and the influence of the vibration response and curving performance of the frame and wheels, The dynamic simulation models of a certain type of EMU about the rigid and the coupling of a flexible body and the rigid running gear are established by the multi-body dynamics simulation software SIM-PACK. After comparing and analyzing the vertical and lateral dynamics performance of the two models, the result is showed that rigid-flexible coupling model vehicle acceleration mean square ( RMS) and Sperling indicators are relatively large rigid body model, and also curving performance has been reduced.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】3页(P12-14)【关键词】耦合模型;垂向与横向;曲线性能【作者】张成功【作者单位】兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TH132.41高速车辆车体的轻量化能够有效的降低轮轨之间的作用力，减少制造费用，节约能源，为了实现车体轻量化目标，中空铝合金或轻质不锈钢等材料被广泛的应用到车体的制造中，但是车体的轻量化往往引起了车体振动的变化，旅客乘坐舒适性有所下降[1]；再者，随运行速度的不断提高，车辆运行的平稳性、舒适性和安全性也受到了一定的影响[2-4]；所以，轨道车辆随着高速化和轻量化的快速发展，将车体考虑成刚性模型已经不能满足研究和分析车体动力学的需求，而考虑车体弹性变形的柔性车体模型将对车体振动的仿真研究更加准确和符合实际。
一种航空发动机运动机构高精度刚柔耦合动力学仿真方法
一、引言航空发动机作为飞机的动力来源，在飞行过程中扮演着至关重要的角色。
其质量、性能和可靠性对飞机的整体性能有着巨大的影响。
为了提高航空发动机的性能和可靠性，研究人员需要对其运动机构进行深入的研究和仿真分析。
高精度的动力学仿真方法可以帮助研究人员更好地理解航空发动机的运动特性，为发动机设计和改进提供重要参考。
二、航空发动机运动机构高精度动力学仿真的重要性1. 航空发动机运动机构的复杂性航空发动机是由众多部件组成的复杂系统，其运动机构包含了众多的刚体和弹性部件，涉及到多种不同的力学和动力学问题。
针对这些复杂性，传统的动力学仿真方法往往难以对航空发动机的运动特性进行准确的模拟和分析。
2. 动力学仿真精度的要求航空发动机在高速旋转和高温高压环境下工作，其运动机构的精度要求极高。
动力学仿真方法需要能够准确地描绘航空发动机在不同工况下的运动特性，以满足对精度的要求。
三、航空发动机运动机构高精度刚柔耦合动力学仿真的研究现状目前，针对航空发动机运动机构的高精度动力学仿真方法的研究主要集中在以下几个方面：1. 刚体动力学仿真研究人员通过建立刚体系统的数学模型，利用动力学理论分析航空发动机在运转过程中的姿态、速度和加速度等运动特性。
2. 弹性动力学仿真考虑到航空发动机在高速旋转时的弹性变形特性，研究人员开展了针对弹性部件的动力学仿真研究，以描绘发动机在工作过程中的弹性振动和应力分布等特性。
3. 刚柔耦合动力学仿真近年来，越来越多的研究人员开始关注航空发动机运动机构中刚体和弹性部件的耦合效应，开展了刚柔耦合动力学仿真的研究工作。
这些研究致力于描绘刚体和弹性部件之间的相互作用和影响，以提高动力学仿真的精度。
四、航空发动机运动机构高精度刚柔耦合动力学仿真方法的研究进展1. 建立高精度的数学模型针对航空发动机的复杂运动机构，研究人员需要建立高精度的数学模型，描述刚体和弹性部件之间的相互作用和影响。
通过精确的数学模型，可以更准确地描绘航空发动机在不同工况下的运动特性。
UM软件入门系列教程04：刚柔耦合动力学仿真-pub
目录1．曲柄-滑块机构 (1)1.1配置ANSYS工作环境 (3)1.2准备连杆柔性体模型 (4)1.2.1在ANSYS里的工作 (4)1.2.2柔性子系统向导 (6)1.3刚柔耦合系统动力学建模 (12)1.3.1创建几何图形 (13)1.3.2创建刚体 (15)1.3.3创建柔性子系统 (16)1.3.4创建铰 (17)1.4刚柔耦合系统动力学仿真 (20)2．柔性平台-电机模型 (26)2.1准备柔性平台 (27)2.1.1在ANSYS环境里工作 (28)2.1.2在ANSYS Workbench环境里工作 (29)2.1.3柔性子系统向导 (36)2.2刚柔耦合系统动力学建模与仿真 (37)2.2.1导入柔性平台 (37)2.2.2连接柔性平台与大地 (38)2.2.3创建几何图形 (38)2.2.4创建力元 (42)2.2.5导入电机子系统 (45)2.2.6设置电机转子速度曲线 (47)2.2.7连接电机与柔性平台 (49)2.2.8计算系统平衡位置和固有频率 (51)2.2.9运动仿真 (53)1．曲柄-滑块机构本例模型为一个曲柄-滑块机构，如图 1.1所示。
在{UM Data}\SAMPLES\ Flex目录有一个名为slider_crank_all的模型。
这个模型里共有三个曲柄-滑块机构，其不同之处在于构件连杆的建模方式：⚫连杆为一个刚体；⚫连杆为一个子系统，由11个刚体通过铰和力元连接而成；⚫连杆为一个柔性体，从有限元软件导入。
图1.1 曲柄-滑块机构：1-机架，2-曲柄，3-连杆，4-滑块这里主要介绍第三个模型——刚柔耦合机构的建模流程：1.建立连杆的有限元模型；2.计算所需的模态，并转换保存为UM格式；3.创建几何图形；4.创建刚体（曲柄和滑块）；5.导入连杆弹性体；6.创建铰和力元。
前两步在ANSYS里进行，后面四步在UM软件里进行。
备注：UM使用子系统技术处理外部导入的柔性体，每个柔性体都是一个独立的子系统，导入时选择Linear FEM Subsystem类型。
健骑机刚柔耦合动力学仿真分析
健骑机刚柔耦合动力学仿真分析
田海波;尚万峰;李爱民
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2015(000)009
【摘要】为准确描述健骑机在工作过程中的性能,基于刚柔耦合理论,联合运用ADAMS和ANSYS软件,分析健骑机的动力学问题.首先完成健骑机多刚体简化模型的动力学仿真.应用ANSYS计算了健骑机底座的模态和谐响应等动力学特性.在ADAMS中将底座视为柔性体进行健骑机的动力学仿真,并与多刚体动力学仿真结果对比分析.结果表明,与多刚体模型相比,刚柔耦合模型的仿真结果能更准确地反映健骑机实际工作时的动态性能,提高健骑机的结构设计效率.
【总页数】4页(P222-225)
【作者】田海波;尚万峰;李爱民
【作者单位】西安科技大学机械工程学院,陕西西安710054;西安科技大学机械工程学院,陕西西安710054;西安科技大学机械工程学院,陕西西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TP391.9
【相关文献】
1.基于MFBD的输弹机刚柔耦合动力学建模及仿真分析 [J], 郝驰宇;冯广斌;闫鹏程;孙华刚;刘超
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3.基于Simcenter3D的舱门刚柔耦合动力学仿真分析 [J], 吴扬;吴胜同;裘旭冬;王楠;王鹏飞;秦强
4.一种刚柔耦合动力学仿真分析方法的研究 [J], 戴成;裴宝浩
5.药品包装线开盒机刚柔耦合动力学仿真分析 [J], 安磊;张锁怀;黄旺兴
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机 械 设 计 与 制 造
２ ２２
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
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第 ９期 ２ ０ １ ４年 ９月
健骑机 刚柔耦合动 力学仿 真分析
田海波 ， 尚 １ ０ ０ ５ ４ ）
明， 与 多刚 体 模 型 相 比 ， 刚 柔耦 合 模 型 的仿 真 结果 能更 准确 地 反 映 健 骑 机 实 际工 作 时 的动 态性 能 ， 提 高健 骑 机 的 结 构
设 计 效 率。
关键词 ： 健骑机 ； 刚柔耦合 ； 模态分析 ； 动力学仿真 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ９ — ０ ２ ２ ２ — ０ ４
ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｗ ｏ ｕ ｌ ｄ ｒ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ 咖ｒ ｍ 帆ｃ ｅ ｆ ｏ ｃ ￣ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｅｎ ｍ ｔ ｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｅ ｌ ｙ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ
摘
要： 为准确描 述健骑 机在工作过程 中的性 能 ， 基 于刚柔耦合 理论 ， 联合 运用 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ和 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 ， 分析健骑 机
的动 力学问题。首先完成健骑机 多刚体 简化模型的动力学仿真 。应用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ计算 了健骑机底座的模 态和谐响应等动 力学特性 。在 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ中将底座视 为柔性体进行健骑机 的动力学仿真 ， 并与 多刚体动力学仿真结果对比分析 。结果表
ｌｅ ｆ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ｍｉ ａ ｃ ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ 凹ｅ ｏ ｆ Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ａ ｎ ｄ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｙｎ ｄ ｍｉ ａ ｃ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｌ — ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ — ｂ ｏ ｙ ｄ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ￣ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎｆ ｉｎ ｓ ｉ ｈ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｍ ｏ ｎ ｉ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ 印０ ｅ ｆｔ ｏ ｈ ｅ ｃ ￣ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ’ Ｓ ｐ ｅ ｄ ｅ ｓ ｔ ａ ｌ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ． Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｄ ｅ ｓ ｔ ｌ∞ ａ ａ ｌｅ ｆ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ ｂ ｏ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ｍｉ ａ ｃ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ￣ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｐ ｅ ￣ Ｃ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ｉ ｎ Ａ Ｄ ＡＭ Ｓ ． Ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｔ， ａ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｄ ｔ ａ ａ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ