來源：互聯網    作者：劉姝月      
關鍵字：剪式穩定架  Adams  剛柔耦合  仿真分析  

因為采用多剛體系統計算會產生卡死現象，所以對剪式穩定架進行柔性化處理，從而得到剛柔耦合的多體系統，然后進行動力學仿真分析，預測剪式穩定架的受力情況，為產品設計和優化提供參考。

0 引言

       1996年，ADAMS推出ADAMS Flex模塊，實現了同時包含剛體和柔體的機構動力學分析。ADAMS中的柔性體分為離散式和模態式2種：離散式柔性體是把一個剛體構件離散為幾個小剛性構件，小剛體構件之間通過柔性梁連接，離散式柔性體的變形是柔性梁的變形，并不是小剛體構件的變形，這種柔性體可以模擬物體的非線性變形，但只適用于簡單結構；模態式柔性體是由ADAMS Flex模塊或外部有限元軟件生成，能根據構件的實際結構進行復雜建模，這種柔性體采用的是模態疊加法來模擬物體變形，故僅適用于線性結構的受力分析。

1 剛柔耦合基本理論

       在外部載荷作用下，物體一定會發生彈性變形，所以，多體系統都可以等效認為是一個多柔性系統。在這種情況下，如果所研究的部件剛度大并且不考慮部件的應力-應變響應，則可以將該部件視為剛體。但是當所研究部件的彈性變形對系統的影響較大，或者在外部載荷作用下部件的變形較為明顯時，則必須考慮部件的彈性系數。此時，就需要把所研究部件進行柔性化處理，以使多體系統更接近實際情況。

       本文進行剛柔耦合仿真時采用了RecurDyn中提供的有限元柔性體建模。有限元柔性體實現了有限元技術與多體動力學的有機結合，克服了模態柔性體對接觸問題建模不準確，柔性體變形后模態需要及時更新的缺點，采用節點之間的相對位移和旋轉作為節點坐標來描述結構的變形，具有較高的計算精度。其理論數學建模原理如下：在空間梁單元結構中，取任意兩單元i-1和i，坐標系O-XYZ為總體慣性坐標系；x(i-1)iy(i-1)iz(i-1)i為固結在節點i上關于節點i-1的隨體坐標系。從而得到柔性體的動力學方程為：

       式中：q為柔性體的廣義坐標矢量；B為系統節點矩陣；M為柔性體的質量矩陣；Y為機構所有廣義坐標的2階導數所組成的向量；Φ為約束矩陣；λ為拉格朗日乘子；Q為力矢量和。

2 基于Adams剛柔耦合仿真分析及應用

       2.1 仿真模型運動函數定義

       剪式框架初始位置為全伸展姿態。在上升運動時，首先在1s時間內框架由靜止加速至10m/min，然后勻速運動保持26s，最后在1s時間內由10m/min減速至0，此時剪式框架總行程為4.5m，運行結束為全收縮姿態；在下降運動時，先在1s時間內框架由靜止反向加速至10m/min，然后保持勻速運動26s，最后在1s時間內由10m/min減速至0，此時剪式框架又回到全伸展姿態。整個升降過程運行總時間為56s。描述升降過程采用Adams軟件函數庫中if和step函數：

       if(time-28：(step(time，0，0，1，166.67)+step(time，1，0，27，0)+step(time，27，0，28，-166.67))，0，(step(time，28，0，29，-166.67)+step(time，29，0，55，0)+step(time，55，0，56，166.67)))。

       2.2 仿真分析和結果

       根據試驗數據，剪式框架由全伸展狀態運行至全收縮狀態產生的最大偏移為10mm。設定車頭方向為前、副駕駛側為左，考慮框架上升速度為前快后慢、前慢后快和左快右慢2種工況，對其進行動力學仿真分析。

       2.2.1 前快后慢工況

       在前快后慢工況下，剪式框架運行至最頂端時的應力最大，運動過程剪式框架某鉸點的受力曲線和小輪與軌道的接觸力曲線見圖1。

圖1 前快后慢工況仿真結果

       2.2.2 前慢后快工況

       在前慢后快工況下，剪式框架運行至最頂端時的應力最大，運動過程剪式框架某鉸點的受力曲線和小輪與軌道的接觸力曲線見圖2。

圖2 前慢后快工況仿真結果

3 結語

       通過剛柔耦合動力學分析，可以得到2種工況下剪式框架運行過程中應力的實時變化情況，以及連接鉸點和滾動小輪的受力情況。分析結果可以指導剪式框架的設計，解決采用多剛體計算卡死的問題。仿真結果為剪式穩定架的設計和優化提供參考。
 

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