文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
基于动态实验数据的机械系统动力学建模与仿真
姓名:贺朝霞
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:吴立言
20040301
摘要
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摘要
现代机械不断向高速、轻质、高精度、高效率、智能化方向发展,这给
机械系统研究提出了更高的要求,由此引出了机械动力学方面的新课题。计
算机及其相应技术的发展为机械系统动力学分析提供了有效的手段,系统数
字仿真技术正以它不可比拟的优越性广泛运用到机械系统动力学分析中。
在分析机械系统动力学问题时,利用仿真技术如何建立合理的数学模型
是设计的首要问题。而在机械系统动力学的仿真过程中,很难通过理论分析
直接建立仿真模型,通常需要在仿真过程中不断的修正逐步形成合理的分析
模型。现在的模型修正工作大多集中在单结构的模型修正,而对于系统级的
修正工作还鲜有开展。
本文提出将实物仿真与计算机仿真相结合,建立基于实验数据的机械系
统动力学模型,研究了对系统动力学模型的修正方法。系统级模型修正涉及
到柔性多体系统动力学建模、含间隙机构动力学建模和系统关节建模等现代
机械设计的重点前沿问题。
文章分别围绕振动问题和机构综合动力平衡问题这两个方面,进行基于
动态实验数据的机械系统动力学仿真研究。对于基于振动问题的机械系统,
主要通过修改各零部件的模态阻尼比以及在柔性关节的参数,来实现仿真与
实验结果的逐步接近。对于机构综合动力平衡问题,利用计算机仿真手段设
计了对此类问题的优化流程,同样利用实验对比来修正结构件的模态阻尼比,
分别验证了优化和修正方法的有效性。
进行机械系统动力学分析时,首先要建立起柔性多体系统的基本模型,
为了获得较好的仿真效果,还需要进一步实现机械系统的动力学预修正模型
然后,通过数字仿真指导实验设计最后从实验数据出发,通过实验与仿真
的对比,对系统级模型的重要参数进行修改,从而建立基于实验数据的数字
仿真模型。通过与实验对比表明,本文的这种分析方法不但可以起到趋势性
预测的效果,还能够获得更加精确的仿真结果,从实验与仿真相结合这个角
度探求了一种机械系统动力学仿真分析方法。
关键词模型修正柔性多体系统柔性关节综合动平衡仿真优化
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第一章绪论
第一章绪论
引言
随着现代科技的推动,机械科学不断向着新的境界发展。高速、质轻、
高效、低噪声、智能化等已经成为现代机械的重要标志和发展方向,同时也
给机械科学工程提出了更高的要求,引出一系列机械动力学方面的新课题。
例如,随着机器速度的提高,可能使得惯性作用增强,产生振动、噪声等问
题从而影响机器寿命和工作性能另外,由于结构件的弹性变形对机械系统
的影响不可忽略,使得这样的机械系统不同于传统理想机械的运动和动力特
性。除此之外,运动副间隙、摩擦力、制造加工误差等对机器工作性能的影
响也成为重要的考虑因素。由此可见,要满足现代机械要求,提高机器动态
性能,关键还是要解决机械系统的动力学问题。
弹性机构动力学、含间隙机构动力学以及机构动力平衡等问题已成为现
代机械动力学领域的重要前沿课题。柔性多体系统动力学是与经典动力学、
结构动力学、控制理论及计算机技术紧密相联的一门新兴交叉学科,在航空
航天、机器人、高速机构及车辆等各个领域有着广泛的应用,成为目前理论
和应用力学最活跃的分支之一。在机器人系统中,关节处存在轴承与轴之间
的摩擦、传动装置中齿轮间隙以及谐波减速器等因素。当机器人在高精度和
高速工作情况下,关节处的弹性会导致末端严重误差。现在,柔性关节的问
题已经越来越引起学者的注意。
系统仿真作为分析和研究系统运动行为,揭示系统动态过程和内在规律
一种重要手段和方法,一随着计算机技术的广泛应用而不断发展。仿真作为一
种最基本的技术手段,具备无破坏性、可多次重复使用、安全、经济、可控、
不受气候条件和场地时间限制等固有优一点,可以大大节省研制经费、缩短研
制周期、提高研制质量。计算机仿真技术己经进入一个全新的阶段,它是现
代机械设计不可或缺的重要工具和手段。
在利用仿真技术的同时,如何建立合理的数学模型成为机械设计工程师
的首要问题。众所周知,没有正确的数学模型进行后续的分析或对原设计做
出相应修改也就没什么意义了。因此,建模后确认模型的可靠性变得非常必
第一章绪论
第一章绪论
引言
随着