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多接触约束系统虚拟样机仿真效率研究

作　者: 张鹏
导　师: 范树迁
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟样机 动力学仿真 计算效率 多接触约束
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要


在进行基于虚拟样机技术的机械系统动力学仿真分析时,如果系统包含过多的接触约束,通常要花费相当长的仿真计算时间,求解效率十分低下,甚至会导致模型求解失败,严重阻碍了虚拟样机技术在多接触约束机械系统中的应用。在研究目前多接触约束系统虚拟样机仿真技术发展水平的基础上,本文采用实时激活消隐接触约束的方法减少仿真求解时间,提高仿真计算效率。研究过程主要体现为:(1)通过对多体系统动力学模型数值求解理论进行研究,发现造成仿真计算效率低下的本质原因之一是当前非实际接触约束仍然要参与当前迭代计算,使求解模型的雅可比矩阵的规模比实际求解需要的规模大得多,从而可能引起该矩阵的条件数增大,降低了仿真求解效率。(2)针对仿真计算效率低下的本质原因,提出采用实时激活消隐接触约束的方法来降低雅可比矩阵的维度及条件数。通过设计具有代表性的多接触约束系统的简单模型进行仿真分析,验证了该方法在保证仿真精度的同时极大地提高了计算效率。(3)为了验证该方法的实践应用价值,设计了滚子链传动系统,并建立其虚拟样机仿真模型,对其冲击力、振动及其传动效率进行分析。同时引入实时激活消隐接触约束的方法对链传动系统进行仿真分析,与常规仿真结果进行对比,验证该方法的精度及效率。仿真试验结果表明该方法同样适合对规模庞大的多接触约束模型进行分析。本文提出的实时激活消隐接触约束的方法不仅能够保证仿真精度,而且能够减少雅可比矩阵的预估次数,节约大量的仿真求解时间,提高求解效率,推动了多接触约束系统虚拟样机仿真技术的发展。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 国内外研究现状  10-15
    1.1.1 虚拟样机技术  10-11
    1.1.2 多体系统动力学  11-13
    1.1.3 碰撞检测问题  13-14
    1.1.4 链传动机构及其虚拟样机仿真  14-15
  1.2 课题的研究意义  15-16
  1.3 课题的研究内容  16-17
  1.4 仿真工具简介  17-19
第二章 多接触约束系统动力学理论及求解效率分析  19-28
  2.1 接触理论及ADAMS中接触力的计算  19-21
  2.2 ADAMS中的接触判断  21-22
  2.3 多体系统动力学建模  22-23
  2.4 多体系统动力学模型在ADAMS中的数值求解  23-25
  2.5 求解效率分析  25-28
第三章 效率提高方法及其验证  28-47
  3.1 效率提高方法  28-29
  3.2 验证模型简介  29-30
  3.3 虚拟样机验证模型的建立  30-31
  3.4 等效力的建立  31-32
  3.5 实时激活接触约束方法的实现  32-36
    3.5.1 接触判断的实现  32-33
    3.5.2 接触约束的激活或消隐在动力学仿真中的实现  33-34
    3.5.3 接触判断结果的接管的实现  34-36
  3.6 仿真试验结果分析  36-47
    3.6.1 仿真试验结果精度分析  36-42
    3.6.2 仿真试验结果效率分析  42-46
    3.6.3 仿真结论  46-47
第四章 链传动机构设计及常规仿真分析  47-63
  4.1 链传动机构的结构特点  47-49
    4.1.1 链轮的结构与特点  47-48
    4.1.2 链条的结构与特点  48-49
  4.2 链传动机构的设计  49-50
  4.3 链传动仿真模型的建立  50-57
    4.3.1 链传动机构物理模型的建立  50-54
    4.3.2 ADAMS分析模型的导入  54-55
    4.3.3 相关约束的施加  55-57
  4.4 常规方式仿真结果分析  57-63
    4.4.1 链传动多边形效应及振动分析  57-60
    4.4.2 链传动啮合冲击分析  60-61
    4.4.3 传递效率分析  61-62
    4.4.4 仿真总结  62-63
第五章 基于激活消隐接触约束方法的链传动仿真分析  63-69
  5.1 实时激活消隐接触约束方法的链传动动力学仿真模型的建立  63-64
    5.1.1 链轮接触判断及其实现  63-64
    5.1.2 接触判断结果的接管  64
  5.2 仿真试验结果对比分析  64-68
    5.2.1 仿真试验结果精度分析  65-67
    5.2.2 仿真试验结果效率分析  67-68
  5.3 结论  68-69
第六章 总结及展望  69-71
  6.1 工作总结  69
  6.2 展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录  75-77
攻硕期间取得的研究成果  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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