本文關(guān)鍵詞：多分支線纜幾何與物性建模的研究

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【摘要】：在國家重點(diǎn)支柱產(chǎn)業(yè)如遠(yuǎn)洋船舶、汽車制造、航空航天、能源設(shè)備等的機(jī)電系統(tǒng)中,線纜起著電力傳輸和信號(hào)傳遞的作用,直接影響和決定機(jī)電系統(tǒng)的可靠性和安全性。目前,裝配規(guī)劃系統(tǒng)還不能滿足大型機(jī)電產(chǎn)品中管路和柔性電纜的裝配要求,究其原因在于線纜幾何和物性建模存在不足,主要表現(xiàn)在：對(duì)多分支線纜的研究較少,無法滿足大型機(jī)電產(chǎn)品中復(fù)雜元器件的連接；不能較好模擬線纜靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的力學(xué)分析,使線纜常出現(xiàn)過彎曲損傷與突出結(jié)構(gòu),部件發(fā)生纏繞等問題；缺乏線纜運(yùn)動(dòng)過程分析,導(dǎo)致產(chǎn)品故障率較高等。因此,本文將涉及多分支線纜的幾何建模,線纜靜力學(xué)建模和動(dòng)力學(xué)分析,并對(duì)三個(gè)模型進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)估。主要研究內(nèi)容如下：(1)光滑多分支線纜的幾何建模。將線纜的幾何模型描述為截面沿著線纜中心曲線剛性運(yùn)動(dòng)形成管狀面,即線纜中心曲線和截面信息成為線纜幾何建模的研究重點(diǎn)。選取B樣條曲線作為線纜中心曲線,建立B樣條曲線函數(shù)表達(dá)式；在線纜中心曲線上建立局部標(biāo)架,選擇圓形輪廓作為線纜截面邊界,利用旋轉(zhuǎn)矩陣將局部坐標(biāo)架上的截面邊界信息轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)系上的表達(dá)；通過關(guān)鍵插值點(diǎn)光滑連接不同單支線纜段,進(jìn)而得到多分支線纜的幾何模型,為確保光滑連接性,在關(guān)鍵插值點(diǎn)處保持各單支線纜的一階微分連續(xù)性。通過仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證本研究方法所建模型能夠有效表達(dá)多分支線纜的空間復(fù)雜位姿形態(tài)。(2)基于微分幾何和離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,簡稱DCT變換)的線纜靜力學(xué)建模。在線纜中心線上建立局部坐標(biāo)架,推導(dǎo)所建坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并用歐拉角函數(shù)表示理想條件下線纜中心線的函數(shù)表達(dá)式；推導(dǎo)線纜中心線曲率和撓率表達(dá)式,并以此計(jì)算線纜的彎曲和扭轉(zhuǎn)勢(shì)能；利用離散余弦變換具有能量集中的優(yōu)點(diǎn),構(gòu)造歐拉角函數(shù),優(yōu)化線纜形變狀態(tài)勢(shì)能最小。該方法不僅減少了計(jì)算消耗,也減小了模型對(duì)初始值的依懶,增強(qiáng)了模型穩(wěn)定性。(3)基于Cosserat線纜動(dòng)力學(xué)建模。將連續(xù)性線纜中心線離散化,建立線纜控制點(diǎn)和線纜段方向表達(dá)方式；推導(dǎo)線纜在拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)形變狀態(tài)下的勢(shì)能和線纜在運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)能計(jì)算公式,考慮線纜運(yùn)動(dòng)消耗能,建立拉格朗日動(dòng)態(tài)平衡方程,進(jìn)而得到線纜動(dòng)力學(xué)模型。依據(jù)Cosserat方法建立線纜動(dòng)力學(xué)模型,不僅簡化了模型復(fù)雜度,也縮減了計(jì)算時(shí)間。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH-39

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1162164