基于絕對節(jié)點坐標法的柔順機構(gòu)動力學分析.pdf

1、傳統(tǒng)的剛性機構(gòu)依靠剛性構(gòu)件和運動副實現(xiàn)功能和運動，而柔順機構(gòu)主要依靠機構(gòu)中的柔性桿件和柔性鉸鏈的大變形實現(xiàn)機構(gòu)的大部分功能和運動，完成力、運動和能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。與傳統(tǒng)剛性機構(gòu)相比，柔順機構(gòu)具有精度高、成本低、零件數(shù)少、無摩擦和間隙等優(yōu)點，受到了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于柔順機構(gòu)運動常常伴隨著復雜的大撓度非線性變形過程，使得柔順機構(gòu)的分析和設計變得非常困難。論文采用絕對節(jié)點坐標方法建立典型柔順機構(gòu)的動力學模型，對其動力學特性進行分析

2、。
　　本文介紹了基于完備橢圓積分法建立柔順機構(gòu)模型的方法。該方法基于Euler-Bernoulli梁理論，忽略了梁的截面剪切作用和軸向變形，在求解時又需要假定末端彎矩方向以及試湊拐點個數(shù)，對求解未知量的順序也有要求。針對完備橢圓積分法存在的不足，基于絕對節(jié)點坐標法(Absolute Nodal CoordinateFormulation，以下簡稱ANCF)中常用單元的定義，詳細推導了絕對節(jié)點坐標法中三維二節(jié)點全參梁單元的質(zhì)量矩陣

3、、彈性力矩陣和系統(tǒng)動力學方程，給出了ANCF法方程中彈性力的物理意義。運用絕對節(jié)點坐標方法對固定一導向柔順機構(gòu)和圓弧導向柔順機構(gòu)以及柔順雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)三個算例進行了動力學建模與分析，求得了機構(gòu)的驅(qū)動力和力矩，并與完備橢圓積分法得到的結(jié)果進行對比。算例仿真結(jié)果和固定一導向柔順機構(gòu)的變形實驗驗證了絕對節(jié)點坐標方法的有效性。在介紹疲勞分析基本理論的基礎上，采用絕對節(jié)點坐標法求得了固定一導向機構(gòu)危險部位的應力譜。通過文獻中的試驗數(shù)據(jù)，運用最小二乘法