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多柔体系统动力学中的间隙接触内碰撞.pdf
机械动力学专集 2003年增刊 多柔体系统动力学中的间隙接触内碰撞+ 清华大学精密仪器与机械学系(100084)陈鹿民阎绍泽郭峰金德闻 摘要工程实际中的活动铰连接均存在微小间隙和接触变形，利用接触变形建模方法能求出铰中的接触碰撞力。奉史全面 总结了地面和航天机构中现自的含间隙铰接触变形模型、数值积分方’弦、铰参数辨识以及系统动态特性实验方法，指出了 当前含间隙多柔体系统动力学研究中存在的问题及今后的研究方向。 关键词多柔体系统动力学问隙接触变形 口粥 A 一、引言 删十p2A=Q+F1 机械系统是由多个刚体或柔性体通过活动铰连 ∥=0 接起来的。由于相对运动要求和制造误差、磨损和热 g。≤0 变形等因素，实际铰连接中不可避免地存在间隙。铰 F≥0 (2) 中微小间隙及接触变形对高精度机构的几何精度和 只。gi=0 动态特性的影响不可忽略。考虑铰间接触变形、间隙 F·堑：0 及其引起的碰撞特性，将间隙、接触力和接触变形引 ‘ 出 入刘动力学方程巾，提高建模和数值仿真精度，研究 式中，∥为剩余的完整约束，∥为法向接触力F 相应的数值积分方法，已成为近年来多柔体系统动 对应于广义坐标q的广义力列阵。求解上述动态接触 力学的研究方向之一。本文主要介绍近年来出现的 动力学方程组的方法很多，文献【2】对此做了较为全 各种铰变形接触模型、数值仿真方法和实验验证技 面的总结。 术。 本文下面结合机械工程中的含间隙铰情况，对 二、系统动力学方程组 采用罚函数类的接触力模型及其相应系统动力学方 设机械系统位型可用。个广义坐标日描述，受 程组的数值求解方法作简单介绍。采用罚函数法时， 到M个完整约束(无问隙理想铰约束)后的系统控 允许接触副有很小的穿透量，从而可以把接触力表 制方程一般可写成以下形式… 示为违约量的已知状态函数。对非共形接触，若允许 j删+虻A=Q 接触副有很小的变形量，则法向接触力可以表示为 接触变形量的函数。在这两种情况下，方程组(2)中 【 口=0 后面的四个约束方程自然满足或者近似满足，最终 得到下述形式的DAEs微分一代数方程组 式中，M为系统惯性矩阵，钆2若为约束方程≯ ”q 』嘶+“TX=Q+F。 的Jacobi矩阵；j为Lagrange乘子列阵{臼为广义 l ≯。=0 力列阵。 三、铰接触模型 若其中．部分铰间隙不可忽略，间隙中的间歇
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