不確定多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及可靠性預(yù)測(cè).pdf

1、傳統(tǒng)的多體系統(tǒng)模型是建立在確定性基礎(chǔ)上,即把分析工程中各種因素作為確定性物理量來(lái)進(jìn)行處理,認(rèn)為它們是精確確定的或可以精確測(cè)量的。但由于不確定性因素是客觀存在的、不可避免的,在實(shí)際工程中存在大量的誤差和不確定因素,基于確定性假設(shè)的模型并不能有效的描述多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為,甚至可能導(dǎo)致前后矛盾或有悖于工程實(shí)際的結(jié)果。隨著現(xiàn)代機(jī)構(gòu)日益向著高速化、輕量化、精密化的方向發(fā)展,對(duì)不確定性多體系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析及可靠性預(yù)測(cè)有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本

2、文圍繞工程中客觀存在的不確定性問(wèn)題,對(duì)含隨機(jī)參數(shù)的剛?cè)狁詈稀⒑瑒?dòng)力剛化、多輸入輸出、含間隙鉸、含間隙潤(rùn)滑鉸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行分析并給出了一般解算方法,進(jìn)一步對(duì)多體系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題進(jìn)行了研究。通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行仿真計(jì)算,驗(yàn)證了方法的正確性和有效性,并得到了諸多有益的結(jié)論。主要內(nèi)容如下:
　　1.基于 Lagrange方程建立了含隨機(jī)參數(shù)的多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,利用廣義坐標(biāo)分離法將隨機(jī)微分代數(shù)方程轉(zhuǎn)化為純隨機(jī)微分方程,利用Newm

3、ark逐步積分法進(jìn)行數(shù)值解算。應(yīng)用隨機(jī)因子法求解系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)的數(shù)字特征,獲得統(tǒng)計(jì)意義下的解。以旋轉(zhuǎn)桿滑塊系統(tǒng)為例,考慮系統(tǒng)中載荷、物理和幾何參數(shù)的隨機(jī)性,驗(yàn)證了文中方法的正確性和有效性。計(jì)算結(jié)果表明,部分隨機(jī)參數(shù)的分散性對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響不可忽略,利用隨機(jī)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型將能客觀地反映出系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。
　　2.在柔性梁的縱向變形位移中計(jì)及耦合變形量的條件下,采用 Lagrange方程與假設(shè)模態(tài)法建立了旋轉(zhuǎn)柔性梁系統(tǒng)的剛?cè)?/p>

4、耦合動(dòng)力學(xué)模型,考慮系統(tǒng)物理參數(shù)和幾何參數(shù)的隨機(jī)性,基于隨機(jī)響應(yīng)面法對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行隨機(jī)性分析并對(duì)其運(yùn)動(dòng)功能的可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)算例驗(yàn)證了文中模型和方法的合理性和有效性。研究結(jié)果表明,三階隨機(jī)響應(yīng)面法具有良好的計(jì)算精度,且效率更高。
　　3.將 Lagrange方程和假設(shè)模態(tài)法相結(jié)合建立了考慮摩擦的雙連桿柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型。考慮隨機(jī)因素的影響,將隨機(jī)因子法的處理方式引入隨機(jī)響應(yīng)面法中,提出一種處理多輸入隨機(jī)參數(shù)的雙連桿柔性機(jī)

5、械臂系統(tǒng)分析方法,并分別建立了系統(tǒng)強(qiáng)度、剛度和運(yùn)動(dòng)功能的功能函數(shù),然后對(duì)該系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的隨機(jī)性及可靠性進(jìn)行分析。通過(guò)算例驗(yàn)證了文中模型和方法的合理性和可行性,同時(shí)預(yù)測(cè)了系統(tǒng)的可靠度,并分析了系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)雙連桿柔性機(jī)械臂可靠性的影響。
　　4.以含間隙的曲柄滑塊系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析其在考慮鉸間摩擦力及系統(tǒng)參數(shù)具有隨機(jī)性時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)及系統(tǒng)中滑塊位移的可靠性問(wèn)題。利用連續(xù)接觸模型和修正的Coulomb摩擦模型分別求出間隙處接觸力及

6、切向摩擦力,基于Lagrange方程建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。分別利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和支持向量機(jī)法給出了系統(tǒng)隨機(jī)參數(shù)與動(dòng)力響應(yīng)之間的近似函數(shù)關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上,利用矩法求解系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)字特征和系統(tǒng)中滑塊位移的可靠度。通過(guò)算例,考察了系統(tǒng)物理參數(shù)和幾何參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)及可靠性的影響,并驗(yàn)證了所建模型和方法的合理性和可行性。研究結(jié)果表明,系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)性不可忽略,在參數(shù)變異系數(shù)相同的情況下,間隙的隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)隨機(jī)性

7、和系統(tǒng)可靠性的影響較大。
　　5.研究了在考慮間隙潤(rùn)滑作用下并同時(shí)考慮系統(tǒng)參數(shù)具有隨機(jī)性時(shí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的可靠性問(wèn)題。利用連續(xù)接觸模型和流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論分別求出鉸間隙處的接觸力及潤(rùn)滑作用力,基于Lagrange方法建立曲柄滑塊系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。為了克服因?yàn)閰?shù)選擇不準(zhǔn)確而使支持向量機(jī)回歸的預(yù)測(cè)精度難以達(dá)到目標(biāo)精度這一缺陷,通過(guò)遺傳算法對(duì)支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)模型的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)處理,獲得最優(yōu)參數(shù)值,有效提高了分析的精度,為解決支持向量