含间隙铰柔性多体碰撞动力学的附加约束建模方法
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摘要
在机械系统中,由于制造容差和磨损,部件之间的连接往往存在间隙。考虑间隙的作用时,与理想铰约束相比,系统的动力学行为将有本质的改变,包括约束力,能量损耗等。现有处理间隙的方法通常是把接触物体当作刚体,采用Hertz模型等连续力方法求解碰撞过程。然而随着机械部件的轻质化和柔性化,刚体模型难以适用,并且连续碰撞力模型依赖于刚度等参数的选取。为了更精细地描述间隙问题,本文将接触物体作为柔性体进行空间离散,将接触视为施加在离散后的各接触点对上的约束,接触约束方程与带Lagrange乘子的动力学方程形成封闭的方程组,该方法称为附加约束方法。考虑切向摩擦时,基于库伦摩擦定律并建立了粘连-滑移切换准则。通过多个含间隙的碰撞问题数值算例,反应了间隙与理想铰的动力学响应的差别,并且与连续碰撞力方法作了对比,体现了附加约束方法的正确性和优越性。
引文