某船载装置的虚拟样机分析

论文摘要

计算机及其相关技术的发展和应用为建立机械系统虚拟样机提供了一个切实可行径。通过虚拟样机技术可以解决机械系统设计、制造到使用中的许多难题,为保系统的准确和可靠提供了重要的分析方法。虚拟样机技术正以它不可比拟的优被广泛运用在机械系统的设计和分析中。本文主要以某船载装置为研究对象,运用多刚体动力学理论,采用三维造型软件和多体系统动力学仿真软件,建立了船载装置的多刚体虚拟样机模型。分析了在不同海况环境下、在不同工况中船载装置的运动状态,得到了船载装置的运动特性和动力参数,并进一步分析了船载装置中的轨道应力应变,为修正和改进船载装置的设计提供了依据。在对船载装置进行多刚体动力学分析之后,得到了船载装置轮轨主要接触面的接触力。以此作为输入参数,对轨道进行了有限元结构静力学分析,求得轨道的应力变形。根据轨道变形情况分析船载装置的安全性,提出增加横向轮,减少轨道横向变形的改进措施。为了更准确的对船载装置的运动情况进行分析,本文运用多柔体动力学理论,借助多体动力学仿真软件的柔性体分析模块,通过模态中性文件将柔性较大的横向轮支撑板用柔性体进行替换,建立了船载装置的刚柔耦合虚拟样机模型。并以船舶5级海况下横摇运动作为分析工况,分析比较了刚性体模型仿真分析结果与刚柔耦合模型仿真分析结果,得到了调整驱动齿轮与齿条之间间隙的合理参数。分析表明,对于复杂机构,尤其像本文中所涉及的不方便进行物理样机试验的机构,必须采用虚拟样机技术,构建虚拟样机模型,对模型进行虚拟仿真分析。对于柔性比较大的零件,必须将其柔性化,建立刚柔耦合模型进行仿真分析。本文为虚拟样机分析,探索了一条可行的方法,也为以后更复杂的虚拟样机模型建模奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.1.1 论文的背景
• 1.1.2 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状概况
• 1.2.1 虚拟样机技术的概念
• 1.2.2 虚拟样机技术的形成和发展
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 船载装置的运动学、动力学仿真
• 2.1 ADAMS软件介绍
• 2.1.1 软件介绍
• 2.1.2 ADAMS仿真流程
• 2.1.3 ADAMS多刚体动力学原理
• 2.2 船载装置的多刚体动力学分析
• 2.2.1 船载装置动力学分析
• 2.2.2 虚拟样机动力学分析步骤
• 2.3 船载装置动力学分析结果
• 2.3.1 输入条件
• 2.3.2 动力学计算结果
• 2.3.3 仿真结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 轨道的有限元分析
• 3.1 有限元分析理论基础
• 3.2 ANSYS有限元分析软件
• 3.3 轨道的静力学分析
• 3.3.1 轨道静力学分析的基本步骤
• 3.3.2 轨道有限元模型的建立
• 3.3.3 轨道载荷的施加和求解
• 3.4 轨道静力学分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 船载装置刚柔耦合分析
• 4.1 柔性体动力学方程
• 4.1.1 模态的概念
• 4.1.2 柔性体动力学模型
• 4.2 横向轮支撑板柔性体模型
• 4.2.1 柔性体模型建立
• 4.3 横向轮支撑板柔性化后仿真结果
• 4.4 齿轮齿条中心距离变化的影响分析
• 4.4.1 测试实验
• 4.4.2 实验结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者从事科学研究和学习简历