【摘要】：傳統(tǒng)的多體系統(tǒng)模型是建立在確定性基礎(chǔ)上，即把分析工程中各種因素作為確定性物理量來進(jìn)行處理，認(rèn)為它們是精確確定的或可以精確測量的。但由于不確定性因素是客觀存在的、不可避免的，在實(shí)際工程中存在大量的誤差和不確定因素，基于確定性假設(shè)的模型并不能有效的描述多體系統(tǒng)的動力學(xué)行為，甚至可能導(dǎo)致前后矛盾或有悖于工程實(shí)際的結(jié)果。隨著現(xiàn)代機(jī)構(gòu)日益向著高速化、輕量化、精密化的方向發(fā)展，對不確定性多體系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析及可靠性預(yù)測有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞工程中客觀存在的不確定性問題，對含隨機(jī)參數(shù)的剛?cè)狁詈�、含動力剛化、多輸入輸出、含間隙鉸、含間隙潤滑鉸的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題進(jìn)行分析并給出了一般解算方法，進(jìn)一步對多體系統(tǒng)的可靠性問題進(jìn)行了研究。通過工程實(shí)例進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證了方法的正確性和有效性，并得到了諸多有益的結(jié)論。主要內(nèi)容如下： 1.基于Lagrange方程建立了含隨機(jī)參數(shù)的多體系統(tǒng)的動力學(xué)模型，利用廣義坐標(biāo)分離法將隨機(jī)微分代數(shù)方程轉(zhuǎn)化為純隨機(jī)微分方程，利用Newmark逐步積分法進(jìn)行數(shù)值解算。應(yīng)用隨機(jī)因子法求解系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)的數(shù)字特征，獲得統(tǒng)計(jì)意義下的解。以旋轉(zhuǎn)桿滑塊系統(tǒng)為例，考慮系統(tǒng)中載荷、物理和幾何參數(shù)的隨機(jī)性，驗(yàn)證了文中方法的正確性和有效性。計(jì)算結(jié)果表明，部分隨機(jī)參數(shù)的分散性對多體系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響不可忽略，利用隨機(jī)參數(shù)的動力學(xué)模型將能客觀地反映出系統(tǒng)的動力學(xué)行為。 2.在柔性梁的縱向變形位移中計(jì)及耦合變形量的條件下，采用Lagrange方程與假設(shè)模態(tài)法建立了旋轉(zhuǎn)柔性梁系統(tǒng)的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型，考慮系統(tǒng)物理參數(shù)和幾何參數(shù)的隨機(jī)性，基于隨機(jī)響應(yīng)面法對其動力響應(yīng)進(jìn)行隨機(jī)性分析并對其運(yùn)動功能的可靠性進(jìn)行預(yù)測。通過算例驗(yàn)證了文中模型和方法的合理性和有效性。研究結(jié)果表明，三階隨機(jī)響應(yīng)面法具有良好的計(jì)算精度，且效率更高。 3.將Lagrange方程和假設(shè)模態(tài)法相結(jié)合建立了考慮摩擦的雙連桿柔性機(jī)械臂的動力學(xué)模型�？紤]隨機(jī)因素的影響，將隨機(jī)因子法的處理方式引入隨機(jī)響應(yīng)面法中，提出一種處理多輸入隨機(jī)參數(shù)的雙連桿柔性機(jī)械臂系統(tǒng)分析方法，并分別建立了系統(tǒng)強(qiáng)度、剛度和運(yùn)動功能的功能函數(shù)，然后對該系統(tǒng)動力響應(yīng)的隨機(jī)性及可靠性進(jìn)行分析。通過算例驗(yàn)證了文中模型和方法的合理性和可行性，同時預(yù)測了系統(tǒng)的可靠度，，并分析了系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)性對雙連桿柔性機(jī)械臂可靠性的影響。 4.以含間隙的曲柄滑塊系統(tǒng)為研究對象，分析其在考慮鉸間摩擦力及系統(tǒng)參數(shù)具有隨機(jī)性時的動力響應(yīng)及系統(tǒng)中滑塊位移的可靠性問題。利用連續(xù)接觸模型和修正的Coulomb摩擦模型分別求出間隙處接觸力及切向摩擦力，基于Lagrange方程建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型。分別利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和支持向量機(jī)法給出了系統(tǒng)隨機(jī)參數(shù)與動力響應(yīng)之間的近似函數(shù)關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上，利用矩法求解系統(tǒng)動力響應(yīng)的數(shù)字特征和系統(tǒng)中滑塊位移的可靠度。通過算例，考察了系統(tǒng)物理參數(shù)和幾何參數(shù)的隨機(jī)性對系統(tǒng)動力響應(yīng)及可靠性的影響，并驗(yàn)證了所建模型和方法的合理性和可行性。研究結(jié)果表明，系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)性不可忽略，在參數(shù)變異系數(shù)相同的情況下，間隙的隨機(jī)性對系統(tǒng)動力響應(yīng)隨機(jī)性和系統(tǒng)可靠性的影響較大。 5.研究了在考慮間隙潤滑作用下并同時考慮系統(tǒng)參數(shù)具有隨機(jī)性時曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的可靠性問題。利用連續(xù)接觸模型和流體動壓潤滑理論分別求出鉸間隙處的接觸力及潤滑作用力，基于Lagrange方法建立曲柄滑塊系統(tǒng)的動力學(xué)模型。為了克服因?yàn)閰?shù)選擇不準(zhǔn)確而使支持向量機(jī)回歸的預(yù)測精度難以達(dá)到目標(biāo)精度這一缺陷，通過遺傳算法對支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)處理，獲得最優(yōu)參數(shù)值，有效提高了分析的精度，為解決支持向量機(jī)的參數(shù)選擇問題提供了一條有效途徑。然后利用該方法討論了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中潤滑鉸間反作用力的可靠性問題。通過算例，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH113

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2541434