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第 5 章 刚性构件组成的 机械系统的动力学

第 5 章 刚性构件组成的 机械系统的动力学. 5.0 第二类拉格朗日方程 5.1 曲柄连杆机构 5.2 差动轮系 5.3 五杆机构. 5.0 第 二类拉格朗日方程. 广义坐标 ：描述系统位形的独立参数，它以最少数目描述系统 自由度 ：确定质点系统位形的广义坐标的数目称为系统的自由度 ( 完整约束系统－约束方程内只有位形 ) 第二类拉格朗日方程 ： Lagrange1755 年给出，基于达朗贝尔原理，是一种求解非自由质点系统的普遍方法。. 第二类拉格朗日方程. ①…… ② …… ③ …… ④ …… ⑤ ……. 作用在系统的主动力. 质点所有的惯性力之和.

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第 5 章 刚性构件组成的 机械系统的动力学

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Presentation Transcript

  1. 第5章 刚性构件组成的机械系统的动力学 5.0第二类拉格朗日方程 5.1 曲柄连杆机构 5.2差动轮系 5.3 五杆机构

  2. 5.0第二类拉格朗日方程 • 广义坐标：描述系统位形的独立参数，它以最少数目描述系统 • 自由度：确定质点系统位形的广义坐标的数目称为系统的自由度(完整约束系统－约束方程内只有位形) • 第二类拉格朗日方程：Lagrange1755年给出，基于达朗贝尔原理，是一种求解非自由质点系统的普遍方法。

  3. 第二类拉格朗日方程 ①…… ②…… ③…… ④…… ⑤…… 作用在系统的主动力 质点所有的惯性力之和 如何应用第二类拉格朗日方程求解由多刚体组成系统的动力学问题？

  4. 第二类拉格朗日方程－例子 细杆不可伸长，不计质量。弹簧质量不计，小球由一定的角度释放 系统的自由度，系统的动能，势能以及广义坐标？

  5. 系统的自由度数目为2，选取滑块的水平 位移x和细杆摆角q作为广义坐标 q很小时， 1－cosq= 2sin2(q/2) ≈ q2/2

  6. The Answer

  7. 思考 怎么采用第二类拉格朗日方程建立系统的动力学方程？

  8. 曲柄连杆机构 都有哪些应用？ ★机构含有的部件数目n？ ★系统的自由度数目m？ ★系统的广义坐标？ ★系统的约束方程？

  9. 系统的约束方程

  10. 系统的动能、势能及动势

  11. 动力学方程

  12. 动力学方程

  13. 动力学方程计算结果

  14. 差动轮系

  15. 差动轮系

  16. 五杆机构

  17. 五杆的质心位置

  18. 系统的动力学方程

  19. Think About 对于更加复杂的多刚体系统如何实现系统的计算分析？ Matlab是唯一的工具？ 还有什么更加系统、专业的机械动力学分析平台？

  20. 动力学软件 • ADAMS • DADS • RecurDyn • …… ADAMS全称：Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System 最初由密歇根大学机械学院编写 现属于MSC公司

  21. ADAMS的模块 ADAMS/View ADAMS/Postprocessor ADAMS/Solver ADAMS/Car ADAMS/Engine ADAMS/Rail ADAMS/Aircraft ADAMS/Control ADAMS/Hydraulic ADAMS/Durability ADAMS/Autoflex ADAMS/Chassis ADAMS/Vibration ADAMS/Insight ADAMS/SDK ADAMS/ATV ADAMS/Gear

  22. ADAMS模块

  23. ADAMS模块

  24. ADAMS仿真分析软件系统 Programer CAD C++ ProE Fortran Ug SolidWork ADAMS FEM IE ANSYS Nastran Marc Control Fatigue Matlab nCode Easy5

  25. 虚拟样机技术 由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体（CAx、DFx、外观、仿真…），这些数字模型联合体即虚拟样机（virtual prototype），能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。 • 现场沉浸感 • 立体显示 • 交互

  26. 概念设计 需求分析 和定义 详细设计 销毁 维护训练 测试评估 使用 产品全生命周期的虚拟样机 虚拟样机支持产品开发制造的全生命周期 • 需求分析和定义 • 概念设计 • 详细设计 • 生产制造 • 测试评估 • 使用 • 维护训练 • 直至销毁等不同阶段

  27. 产品全生命周期的虚拟样机 生产装配 需求论证 概念设计 详细设计 维护 概念样机 需求样机 工程样机 最终样机

  28. ADAMS的应用 • 机械、航空航天、军事…… • 美国的火星登陆计划 • 波音飞机 • 通用汽车 • 新型主战坦克 • 创新概念设计

  29. 波音公司 美国B777的应用效果 开发周期：9年－>4.5年 成本降低：25％ 100％整机数字化设计 世界垄断与霸主地位

  30. 通用公司 通用公司应用状况 开发周期（48月－>24月－> 12月） 碰撞试验（100次 －> 50次） 个性化定单 －> 3小时 通过在线采购降低成本10％ 产品详细设计 产品概念设计

  31. 高铁虚拟样机设计 双层车 模态仿真 大变形 碰撞仿真 强度 分析 D38轻量 化设计 结构噪声 仿真 温度场 仿真 动力学 仿真 气动压力 仿真 摆式车空调 通风仿真 气流噪声 仿真 疲劳分析 仿真 制动及冲击 响应仿真 工业设计

  32. 虚拟样机技术应用于汽车工业 产品的外形、组成、 结构、参数 产品的功能、性能、 行为 对产品的需求： 目标、功能、性能 + 仿真 设计 CAD、CAPP、CAM 外观设计 CAE、DFM、DFA 动力学、控制系统

  33. ADAMS简介

  34. 前处理(建模)

  35. 前处理建模 • 如何建立与实际模型相符的虚拟样机模型？ • 如何检查所建立模型是否正确？ • 确定仿真分析的类型、时间……

  36. 后处理(分析) 请看一个详细的例子

  37. 双摆的ADAMS仿真

  38. 后处理分析－平面与相空间轨迹

  39. 质心的位置与速度变化

  40. 摩擦力

  41. 凸轮阀门机构

  42. Force Spring Contact

  43. 凸轮的相轨迹 阀门与连杆的Y方向位移

  44. ADAMS多体动力学仿真分析 恒加速 时变力

  45. 仿真计算结果 势能与势能之和

  46. 角速度

  47. 加速度

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