车辆系统刚柔耦合多体动力学的发展综述

MSC.ADAMS处理刚柔耦合系统高速和大变形问题的局限性郑彤;章定国【摘要】To research the ability of ADAMS of solving the high-seed and large deformation problems caused by rigid-flexible coupling in engineering, this paper tries to discover some defects of ADAMS in rigid-flexible coupling problems about flexible bodies by analyzing its multibody system dynamic theoretical basis. The dynamic simulations of a rotating flexible plate and beam are carried out respectively by using ADAMS and ANSYS. The comparisons of the simulation results and the calculation results of existing archives show the limitations of ADAMS in the dynamic calculations considering large deformation and high-speed rigid-flexible coupling. In the calculation of high-speed and large deformation problems, the results of the ADAMS are divergent and invalid, and the results of the first order model are convergent and accurate.%为了研究ADAMS软件对工程中因为刚柔耦合产生的高速及大变形问题的解决能力,通过分析其多体系统动力学理论基础,发现ADAMS软件在柔性体刚柔耦合方面存在的缺陷.以MSC.ADAMS软件为基本仿真软件,通过ANSYS软件与其联合使用,对旋转柔性板和柔性梁的动力学问题进行仿真.将仿真结果与现有文献的计算结果进行比较,说明ADAMS在考虑大变形以及高转速刚柔耦合动力学计算方面的局限性.在计算高速以及大变形问题时,ADAMS结果发散,计算失效,而一次模型的结果是收敛和准确的.【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(036)006【总页数】6页(P993-998)【关键词】高速;大变形;刚柔耦合系统;多体系统;动力学;柔性体【作者】郑彤;章定国【作者单位】南京理工大学理学院,江苏南京210094;南京理工大学理学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O313.7随着航天器、机械臂、兵器发射、高速车辆等领域中的构件向高速、轻质、重载、高精度方向发展，使得柔性体大范围运动与其自身变形运动相耦合产生的动力学问题成为这些领域急需解决的普遍问题和关键技术。

第42卷第丨期 2022年1月摩擦学学报

Vol 42 No 1

Jan, 2022Tribology

DOI: 10.16078/j.tribology.2020278

圆锥滚子轴承润滑与动力学耦合研究马子豪\王瑞2,赵海涛3,黄立3,孟凡明1(1.重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044;2.中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨150066; 3.中国船舶重工集团公司第七〇五研宄所，陕西西安710077)

摘要：为准确分析圆锥滚子轴承润滑和动力学耦合性能，建立了基于油膜刚度与阻尼的圆锥滚子轴承动力学耦合 方程，并对方程进行了验证和数值求解.数值结果表明：与不考虑润滑相比，考虑润滑后轴承内圈轴向运动更加稳 定，轴向位移变小；在不同的滚子端面球半径和挡边倾角下，润滑效应能够使内圈径向振动加速度级减小1.71到 2.07 dB;同时滚子个数的增加会使轴承内圈滚道和内圈挡边的平均最小油膜厚度分别增加7.97%和4.43%.关键词：圆锥滚子轴承;润滑;动力学;耦合;振动中图分类号：TH133.33 文献标志码：A 文章编号：1004-0595(2022)01-0055-10

Coupling Behavior of Lubrication and Dynamics for Tapered Roller Bearing

MA Zihao1, WANG Rui2, ZHAO Haitao3, HUANG Li3, MENG Fanming1'(1. The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400044, China 2. Aero Engine Corporation of China Dong'an Engine Company Limited, Heilongjiang Harbin 150066, China 3. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Shaanxi Xi'an 710077, China) Abstract: A tapered roller bearing is the important mechanical transmission component and its lubrication and dynamic

汽车钢板弹簧柔性体建模与仿真研究宋桂霞【摘要】为了建立钢板弹簧的动力学分析模型,研究其在整车动力学分析方面的应用,利用HyperWorks建立板簧的有限元模型,并计算板簧的刚度.刚度模拟值与试验值能较好地吻合,验证了生成的板簧有限元模型和计算方法的正确性.在HyperWorks中通过定义模态综合法卡片CMSMETH和超单元边界自由度卡片的方法,生成板簧的模态中性文件.在ADAMS/CAR中导入板簧模态中性文件,并建立刚柔耦合的整车多体动力学模型.通过对整车模型进行平顺性脉冲输入仿真,并与试验结果对比,分析利用此方法建立的柔性体板簧在动力学方面的应用.由结果可知,建立的板簧能很好地反映动态特性,可用于整车仿真分析.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P18-21)【关键词】钢板弹簧;HyperWorks;模态中性文件法;ADAMS【作者】宋桂霞【作者单位】上海汽车商用车技术中心,上海,200438【正文语种】中文【中图分类】U463.330 引言钢板弹簧是汽车悬架系统中常用的弹性元件，尤其是在当前商用车悬架系统中，板簧承载式的悬架是商用车悬架系统中的典型代表。

与其他弹性元件相比，其结构简单，维修方便。

当纵向布置在汽车上时，除了作为弹性元件之外，还可以兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用。

由于钢板弹簧存在着大变形、接触、摩擦等诸多非线性因素的影响，其建模难度较大。

以往在研究其动特性时，多忽略其非线性因素，采用简化的线性化模型进行分析，一般将其简化成一个普通的弹簧，认为其变形与外力是线性关系。

根据钢板弹簧的结构和受载特点可知，这种简化是近似的，不精确的。

而且采用这种简化方法建立的整车多体动力学模型，只能反映真实汽车的模型特征，而不是全部[1]。

如何建立钢板弹簧的多体动力学仿真模型，准确反映板簧在运动状态下的受力和变形，以及对车辆性能的影响，一直是板簧特性研究的难点。

整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析作者：张宇来源：《中国机械》2014年第22期摘;要：随着车速的不断提升，整车的稳定性能备受瞩目。

作为复杂的机械系统，人、车、外界载荷环境等相互作用下，一直是汽车动力学模型建立、分析的难题。

本文以某轿车的整车非线性动力学模型建立为理论主体，考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，结果表明所建模型就较高的精度，在动力学研究中起到了关键作用。

关键词：多体动力学;车辆动力学;模型建立;仿真实验前言随着车速的提高，汽车的平顺性、稳定性以及制动性能逐渐变得重要起来。

本文以ADAMS软件建立轿车非线性多体动力模型并进行有效实验验证。

建模过程以实际汽车运行情况为主，考虑转向系统、悬架的运动学约束，来用非曲线衬套模拟实际力学特征。

同时考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，对仿真模型进行瞬态脉冲实验以及转向性实验等进行一系列的仿真分析。

1.整车多体模型建立1.1;多体系统动力学定义1.2;非线性力元模型多体模型中存在多种非线性力元，如非线性弹簧、非线性阻尼器以及非线性衬套等。

这些力元自身结构复杂制约模型建立。

因此，建立力学模型的基础是ADAMS实验结果。

同时，在实验模型的基础上加大仿真精度。

阻尼器阻力对非线性关系，在ADAMS中定义模型为：Fd=fd（v）。

1.3;轮胎模型制动力及动力总成模型1.4;整车多体模型表1：类型约束个数类型圆柱铰等速铰转动铰移动铰齿轮条铰胡克铰个数31085122.模型验证2.1;转角脉冲瞬态实验验证在实车实验过程中，转向盘转角为仿真输入对象，测量转角间隙并在实验转向盘数据减去间隙数据，将处理后的数据作为仿真数据。

测试结果显示，仿真曲线较为平滑且试验曲有高频信号反应，实验与仿真结果有一定的重合度。

1 变速器动力学与结构耐久性分析齿轮箱作为变速器的主要和关键部件，在产品研发过程中最关心的工程品质包括疲劳耐久性与可靠性、振动噪声等。

变速器通过齿轮箱的齿轮啮合和传动轴进行载荷传递和变速，在传动过程中，变速器承受发动机的高频交变载荷，同时包括传动链下游和整车的负载，同时由于齿轮传动本身的特点，因此齿轮、传动轴、箱体等部件都承受变化的载荷，容易在轮齿、传动轴等部位产生损伤和破坏。

长期以来，变速器和齿轮箱的结构强度与疲劳可靠性一直是动力总成开发研究的重点之一。

除了疲劳破坏问题，交变载荷同时也会激发齿轮箱结构的振动并引起辐射噪声，此外，变速器可能会与传动链的上下游部件发生动力耦合而产生振动噪声问题。

变速器的振动和噪声是整车NVH分析中的重要部分。

变速器和齿轮箱的结构强度与疲劳可靠性分析、振动噪声分析都属于多学科分析的范畴，在分析过程中需要综合多体动力学、有限元、疲劳、振动与声学分析等多种学科和分析方法。

LMS b为这两类问题的分析提供了综合性的多学科解决方案，能够在一个平台中完成整个分析流程。

本节主要介绍b齿轮箱结构可靠性分析解决方案，下节介绍振动噪声分析方法。

基于b Structure、Motion以及b Durability等模块，LMS 为齿轮箱传动及轮齿接触载荷计算、结构强度和疲劳分析提供一体化的仿真分析解决方案。

齿轮箱输入轴接收来自发动机的扭矩，将载荷传递到齿轮和下游传动链，在传动过程中轮齿啮合运动产生的非均匀啮合力是齿轮箱的轮齿齿根、传动轴产生疲劳断裂的重要原因，同时也是结构振动和声辐射的重要原因之一。

因此，齿轮箱的传动计算、轮齿接触分析与载荷计算、疲劳分析和振动噪声分析是密不可分的，几个学科之间具有不可分割的联系，在分析时需要进行整体考虑。

基于CAE仿真对齿轮箱进行动强度和疲劳分析的流程包括两个步骤：1)通过多体动力学进行传动和载荷分析，要求是齿轮啮合力和传递载荷计算要准确；2)以载荷为基础，结合有限元模型，进行动强度和疲劳分析。

履带车辆动力学建模与仿真技术概述杨福威;董震;朱强【摘要】履带车辆动力学模型的建立是进行动力学分析、车辆参数设计、车辆结构优化不可或缺的一步.为了能够对履带车辆动力学建模和仿真方法具有明确的了解和认识,对履带车辆的地面力学模型、平稳性模型、转向动力学模型的发展历程和一些典型建模方法进行介绍.并介绍了车辆动力学常用仿真软件的使用方法和一些仿真思路,对履带车辆仿真的几项关键仿真技术进行了分析.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)006【总页数】5页(P22-26)【关键词】履带车辆;多体动力学;建模;仿真【作者】杨福威;董震;朱强【作者单位】100072北京市中国北方车辆研究所;100072北京市装甲兵工程学院;300161天津市军事交通学院【正文语种】中文【中图分类】U469.6+94;TJ81+0.10 引言履带车辆具有接地比压小、附着性能高、稳定性能好、防护性能强等优点，被广泛运用于农业、建筑、采矿，尤其是军事领域中。

在履带车辆出现后的很长一段时间内，由于人们缺乏路面特性的认识和对地面力学的研究，履带车辆的设计往往采用“经验+试验”的方法，这就会增加研制成本和周期。

地面力学和计算机仿真技术的发展和完善为履带车辆的研究开发带来了以下变化：（1）根据土壤力学理论和压力-沉陷关系建立道路模型，能够预估履带车辆在不同地面的受力情况。

在硬质路面上，履带与地面是通过接触碰撞产生作用力的，根据地面刚度、阻尼、接触前后的变形量求得接触力。

在松软路面上，基于Bekker理论定义路面，认为土壤具有“记忆”功能，要考虑加载历史[1]，每一块履带板与地面之间都会产生广义力。

Janosi和Hanamoto[2]提出了剪切应力和剪切变形的关系模型。

履带与地面之间的相互作用力是履带齿片与地面之间的剪切应力。

（2）将履带车辆视为一个复杂的多刚体系统或刚柔耦合系统。

多刚体系统动力学将系统构件视为不可变形的刚体，研究刚体在外力作用下的运动规律。

单自由度柔性机械臂刚柔耦合动力学仿真研究王江勇;王基生;张俊俊;刘自红;刘罡【摘要】Flexible manipulator in a rigid rotation will produce elastic deformation of movement, and the dynamic behavior of rigid-flexible coupling is complex,which has a great effect on the control accuracy and the stability of motion of the manipulator.In order to study on rigid-flexible coupling characteristics for the single degree of freedom flexible manipulator, the co-simulation method using ANSYS and ADAMS was adopted.A ccording to the modeling theory of flexible body, the finite element model of a single degree of freedom flexible manipulator was established in ANSYS, which was used to import into ADAMS to carry on dynamic simulation.The relationship between the end point vibration of flexible manipulator and rotational velocity was analyzed,and the stress at one time and its change with time were studied.The results show that this method is suitable for flexible manipulator's rigid-flexible coupling dynamic characteristics and it is of great significance to design the flexible manipulator.%柔性机械臂在刚性旋转的同时自身存在弹性变形运动,其动力学行为表现为复杂的刚柔耦合现象,对机械臂的控制精度和运动稳定性产生不可忽视的影响.为研究单自由度柔性机械臂的刚柔耦合特性,采用了ANSYS和ADAMS的联合仿真方法.基于柔性体建模理论,在ANSYS中建立单自由度柔性机械臂的有限元模型,将模型导入ADAMS中进行动力学仿真.分析了机械臂末端的振动与转速的关系,研究了某一时刻的动应力及其随时间的变化情况.结果表明,该方法适用于柔性机械臂的刚柔耦合动力学特性研究,对柔性机械臂的设计具有重要意义.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】3页(P54-56)【关键词】机械臂;刚柔耦合;联合仿真;振动;应力【作者】王江勇;王基生;张俊俊;刘自红;刘罡【作者单位】西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言机械臂是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备。

第 37 卷第 4 期2024 年4 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 37 No. 4Apr. 2024软式空中加油系统鞭甩现象多体动力学分析赵振军1，谭兴宇1，史晓军2，张昌荣2，郭鹏2（1.北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144；2.中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，四川绵阳 621000）摘要: 软管‑锥套式空中加油系统的柔性结构经常发生不同程度的软管鞭甩现象，极大影响空中加油任务的安全性。

基于柔性多体动力学，建立了空中加油系统动力学模型，其中，利用基于任意拉格朗日‑欧拉描述方式和绝对结点坐标法的索/梁模型描述管线的大变形、大范围运动以及软管收放，并对空中加油系统受到的气动力进行建模，建立的模型能够反映加油机和受油机运动、软管和锥套的变形与气动力的耦合影响。

基于建立的空中加油系统动力学模型，复现飞行状态下的软管鞭甩现象，获得了鞭甩现象的形成机理。

研究表明，对接冲击下，软管平衡状态改变所形成的剪切波向后传播与反射是鞭甩现象产生的主要原因。

通过多工况计算结果，分析了软管刚度、对接速度、Ma数各因素对鞭甩现象引起的软管剪切力、纵波与剪切波传播速度的影响规律，并分别分析了软管收放控制和加缓冲的受油插头两种措施对鞭甩现象振动抑制的有效性。

关键词: 多体动力学；空中加油；鞭甩现象；软管‑锥套组合体中图分类号: O313.7； V228.1+7 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2024）04-0696-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2024.04.016引言空中加油是飞行器在不着陆情况下，实现燃油快速补给、提升战机滞空时间、及时投入战场作战的主要技术手段。

根据加油管路方案的不同，空中加油可以分为软管式加油和硬管式加油两种方式［1］，中国主要采用软管式加油方式。

软管是一根长达数十米的柔性体，在对接过程中受到多种内外部干扰因素影响，比如加油对接操纵方式、软管柔性材料、飞行Ma数、加油机尾流、姿态变化、受油机头波等［2］。

船用挖掘机机械臂刚柔耦合动力学及特性研究李发宗;童水光;王相兵;程晓民【摘要】将船用挖掘机机械臂结构近似处理成带末端集中质量的柔性悬臂梁。

考虑机械臂轴向变形，用拉格朗日定理建立其刚柔耦合的动力学方程，用数值方法求解相关参数一阶固有频率灵敏度，获得机械臂振动固有频率及相关参数变化关系。

应用NASTRAN、ADAMS等软件建立柔性臂架、柔性变幅绳、柔性抓斗提升钢丝绳、刚性支架、刚性回转平台的船用挖掘机机械臂系统虚拟样机模型。

结合该机械臂系统结构及工况特点进行动力学仿真分析，获得系统位移、速度、加速度及连接点铰接力、机械臂的动态应力等动态性能。

并对结果对比论证，为进一步研究机械臂工作稳定性及运动精度控制提供依据。

%The structure of marine excavator’s mechanical arm was approximated as a flexible cantilever beam with tip mass.The lagrange theorem was used to establish rigid-flexible coupling dynamic equations of the mechanical arm. The sensitivity of the first natural frequency to the geometric parameters related was calculated and the relations between natural vibration frequency and associated parameters of the mechanical arm were provided.The rigid-flexible coupling model of hydraulic excavator’s mechan ical arm was simulated by using the simulation software ADAMS and NASTRAN. Then,a virtual prototype model of marine excavator's mechanical arm system with flexible boom,flexible luffing rope, flexible grapple hoisting rope,rigid frame,and rigid rotation platform was established.The dynamics simulations were conducted combined with the structure and working condition characteristics of the marine excavator’s mechanical armsystem.The system displacement,velocity,acceleration,as well as the connection force at hinged points and the dynamic stress in mechanical arm etc were obtained.The research results were proved by contrast analysis,and the basis from the research results is beneficial to the further research on working stability and motion error control of mechanical arms.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】7页(P157-163)【关键词】船用挖掘机机械臂;刚柔耦合动力学方程;动力学方程;数值求解及仿真;动力学特性【作者】李发宗;童水光;王相兵;程晓民【作者单位】浙江大学能源工程学系，杭州 310027; 宁波工程学院机械学院，浙江宁波 315016;浙江大学能源工程学系，杭州 310027;浙江大学能源工程学系，杭州 310027;宁波工程学院机械学院，浙江宁波 315016【正文语种】中文【中图分类】TP391桁架式船用挖掘机因臂架长、承载大，在回转或变幅过程中易产生变形［1］。