隨著人類社會的進步,機械普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)加工、農(nóng)業(yè)施肥播種等活動。而一個設(shè)計優(yōu)良的機械,通常有著良好的工作性能,有利于生產(chǎn)效率的提高、能源材料損耗的降低,由此可產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,機械作業(yè)對象大多為顆粒類物料,如耕地土壤以及玉米、大豆等農(nóng)作物種子。一些現(xiàn)實場景中,如拖拉機在松軟路面行駛,自卸車卸貨物（散粒物料類）,振動深松機疏松土壤,播種機在田間開溝播種等機械作業(yè)均與大規(guī)模顆粒群體發(fā)生了接觸碰撞。此時孤立地討論機械運動是脫離實際的,應(yīng)結(jié)合與顆粒材料的接觸作用分析其工作情況,進而評價機械性能。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計是通過實物樣機反復(fù)制造與現(xiàn)場試驗實現(xiàn)的,這些復(fù)雜運動方式的機械部件與顆粒材料接觸產(chǎn)生的影響無法準確地測量。由于計算機技術(shù)的發(fā)展和各種數(shù)值分析方法的提出、完善,現(xiàn)代機械產(chǎn)品的設(shè)計評估從原來的物理樣機實驗變?yōu)镃AE驅(qū)動設(shè)計與虛擬實驗。本文將用于模擬機械設(shè)備復(fù)雜運動行為的多剛體動力學(xué)方法,和顆粒動力學(xué)中研究不連續(xù)體行為的離散元法進行耦合,在課題組自主研制的三維離散元法分析軟件AgriCAE架構(gòu)基礎(chǔ)上,設(shè)計實現(xiàn)了耦合仿真軟件,直觀展示機械部件的工作狀態(tài)和顆粒物料的運動軌跡... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

三連桿機構(gòu)示意圖邰

第2章多剛體動力學(xué)模型與軟件實現(xiàn)11方法。式(2.24)中if表示iy的一階導(dǎo)數(shù)，其他處同理，用第一個顯式公式預(yù)估i1y，然后用第二個隱式公式對i1y進行校正，可以看出該方法起步需要輸入前四個時步的運動學(xué)信息，每求解一步需要預(yù)估和校正兩個步驟，與單步法相比，提高了精度，減少了工作量。11231112(5559379)24(9195)24iiiiiiiiiiiihyyffffhyyffff……………(2.24)2.獨立坐標選取本節(jié)的重點在于如何分塊，從理論上來說，獨立坐標y可以從系統(tǒng)中非受控的剛體笛卡爾坐標中任意選取，只要保證分塊后的非獨立雅可比矩陣是可逆的。有一點需要明確的是獨立廣義坐標的數(shù)目應(yīng)該等于系統(tǒng)的自由度。同一機構(gòu)可能有多個獨立坐標集合都符合上述要求，只是在后續(xù)數(shù)值積分時的精度、穩(wěn)定性上有細微的差異，而我們需要為計算機自動求解給出通用的選取方法。全主元高斯消元法是一種可行的辦法，對雅可比矩陣q的行列作重新排列可得到分塊的雅可比矩陣。初始時刻由系統(tǒng)約束方程的組集得到圖2.3中s行n列的雅可比矩陣(sn)且行秩為s，矩陣的列編號和系統(tǒng)廣義坐標是一一對應(yīng)的，如第0列表示約束方程對1號剛體x坐標的偏導(dǎo)數(shù)，第1列表示約束方程對1號剛體y坐標的偏導(dǎo)數(shù)等。全主元法在每次循環(huán)找到矩陣第k行k列開始的右下子陣范圍內(nèi)絕對值最大的數(shù)，標記該數(shù)所在的行和列，然后將其交換至主元素的位置，記錄由于換主列而造成的解的位置的變化，直到循環(huán)結(jié)束。如此變換后，左側(cè)的s階方陣非奇異，對應(yīng)的s個坐標可作為非獨立廣義坐標，余下的(ns)列所對應(yīng)的坐標可作為獨立廣義坐標。圖2.3雅可比矩陣示意圖

第2章多剛體動力學(xué)模型與軟件實現(xiàn)122.3.2多剛體系統(tǒng)動力學(xué)求解器的實現(xiàn)根據(jù)上一小節(jié)的數(shù)值分析方法，編程實現(xiàn)了多剛體系統(tǒng)動力學(xué)求解器CMBD_Calculate計算類，其成員函數(shù)如圖2.4所示，大致分為輸入、預(yù)處理、數(shù)值積分、結(jié)果保存四個模塊，并封裝到MBS.dll動態(tài)鏈接庫文件中，能夠動態(tài)加載到課題組軟件主程序。圖2.4CMBD_Calculate類成員函數(shù)求解器的輸入模塊為MBSAttrib類，包括系統(tǒng)位形初值、剛體質(zhì)量、外部載荷、鉸鏈信息和計算參數(shù)等屬性。通過SetMBDAttrib(MBSAttrib*p)參數(shù)傳遞函數(shù)對系統(tǒng)構(gòu)型初始化，使用initMBDmem()函數(shù)為多剛體計算動態(tài)分配內(nèi)存空間。預(yù)處理模塊主要體現(xiàn)為模型數(shù)據(jù)的裝配，動力學(xué)模型具有組集的特點，各種類型的約束都是程式化的，用于描述系統(tǒng)約束的幾個要素（數(shù)組）貫穿整個計算過程，分別是位置約束方程左部equate[s]、雅可比矩陣jacobi[s][n]、速度約束方程右項velocity_b[s]、加速度約束方程右項accel[s]，使用build()函數(shù)進行系統(tǒng)約束方程的組集，用一個變量row標識以上數(shù)組中的行號，依次把相應(yīng)的鉸鏈參數(shù)代入約束方程從而對數(shù)組元素賦值或更新。接下來裝配廣義質(zhì)量二維數(shù)組M[n][n]和廣義外力數(shù)組F[n]。在t0時刻調(diào)用selIndCoordinates()函數(shù)全主元法分離獨立坐標，雅可比矩陣分塊成非獨立坐標雅可比矩陣jacobiX[s][s]和獨立坐標雅可比矩陣jacobiY[s][]。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]三維離散元法仿真軟件AgriDEM求解器的改進研究[D]. 王常瑞.吉林大學(xué) 2018
[2]基于離散元法的振動壓實過程仿真及其試驗研究[D]. 王慧強.長安大學(xué) 2018
[3]基于DEM與MBK耦合的CAE軟件改進研究[D]. 管秋月.吉林大學(xué) 2015
[4]復(fù)雜結(jié)構(gòu)和運動方式機械部件的離散元法分析方法研究[D]. 徐靜.吉林大學(xué) 2013
[5]四足仿生機械仿真研究以及動力學(xué)分析[D]. 葉松君.暨南大學(xué) 2008
[6]機構(gòu)仿真軟件的研究與開發(fā)[D]. 王炎歡.合肥工業(yè)大學(xué) 2006
[7]三維離散元法計算仿真軟件開發(fā)研究[D]. 商慧.吉林大學(xué) 2006
[8]多體系統(tǒng)動力學(xué)建模及數(shù)值求解研究[D]. 伍平.四川大學(xué) 2003



本文編號：3573074