隨著人類社會(huì)的進(jìn)步,機(jī)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(dòng)。而一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的機(jī)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(jì)效益。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,機(jī)械作業(yè)對(duì)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(shí)場(chǎng)景中,如拖拉機(jī)在松軟路面行駛,自卸車卸貨物（散粒物料類）,振動(dòng)深松機(jī)疏松土壤,播種機(jī)在田間開溝播種等機(jī)械作業(yè)均與大規(guī)模顆粒群體發(fā)生了接觸碰撞。此時(shí)孤立地討論機(jī)械運(yùn)動(dòng)是脫離實(shí)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(jìn)而評(píng)價(jià)機(jī)械性能。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)是通過實(shí)物樣機(jī)反復(fù)制造與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的,這些復(fù)雜運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)械部件與顆粒材料接觸產(chǎn)生的影響無法準(zhǔn)確地測(cè)量。由于計(jì)算機(jī)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(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)評(píng)估從原來的物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)變?yōu)镃AE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)。本文將用于模擬機(jī)械設(shè)備復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為的多剛體動(dòng)力學(xué)方法,和顆粒動(dòng)力學(xué)中研究不連續(xù)體行為的離散元法進(jìn)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(jì)實(shí)現(xiàn)了耦合仿真軟件,直觀展示機(jī)械部件的工作狀態(tài)和顆粒物料的運(yùn)動(dòng)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(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

三連桿機(jī)構(gòu)示意圖邰

第2章多剛體動(dòng)力學(xué)模型與軟件實(shí)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(gè)顯式公式預(yù)估i1y，然后用第二個(gè)隱式公式對(duì)i1y進(jìn)行校正，可以看出該方法起步需要輸入前四個(gè)時(shí)步的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，每求解一步需要預(yù)估和校正兩個(gè)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(dú)立坐標(biāo)選取本節(jié)的重點(diǎn)在于如何分塊，從理論上來說，獨(dú)立坐標(biāo)y可以從系統(tǒng)中非受控的剛體笛卡爾坐標(biāo)中任意選取，只要保證分塊后的非獨(dú)立雅可比矩陣是可逆的。有一點(diǎn)需要明確的是獨(dú)立廣義坐標(biāo)的數(shù)目應(yīng)該等于系統(tǒng)的自由度。同一機(jī)構(gòu)可能有多個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)集合都符合上述要求，只是在后續(xù)數(shù)值積分時(shí)的精度、穩(wěn)定性上有細(xì)微的差異，而我們需要為計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(duì)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(shí)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(hào)和系統(tǒng)廣義坐標(biāo)是一一對(duì)應(yīng)的，如第0列表示約束方程對(duì)1號(hào)剛體x坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)，第1列表示約束方程對(duì)1號(hào)剛體y坐標(biāo)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(duì)值最大的數(shù)，標(biāo)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(duì)應(yīng)的s個(gè)坐標(biāo)可作為非獨(dú)立廣義坐標(biāo)，余下的(ns)列所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)可作為獨(dú)立廣義坐標(biāo)。圖2.3雅可比矩陣示意圖

第2章多剛體動(dòng)力學(xué)模型與軟件實(shí)現(xiàn)122.3.2多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解器的實(shí)現(xiàn)根據(jù)上一小節(jié)的數(shù)值分析方法，編程實(shí)現(xiàn)了多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解器CMBD_Calculate計(jì)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(gè)模塊，并封裝到MBS.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫文件中，能夠動(dòng)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(jì)算參數(shù)等屬性。通過SetMBDAttrib(MBSAttrib*p)參數(shù)傳遞函數(shù)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)型初始化，使用initMBDmem()函數(shù)為多剛體計(jì)算動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型具有組集的特點(diǎn)，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(gè)要素（數(shù)組）貫穿整個(gè)計(jì)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(xiàng)velocity_b[s]、加速度約束方程右項(xiàng)accel[s]，使用build()函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)約束方程的組集，用一個(gè)變量row標(biāo)識(shí)以上數(shù)組中的行號(hào)，依次把相應(yīng)的鉸鏈參數(shù)代入約束方程從而對(duì)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(shí)刻調(diào)用selIndCoordinates()函數(shù)全主元法分離獨(dú)立坐標(biāo)，雅可比矩陣分塊成非獨(dú)立坐標(biāo)雅可比矩陣jacobiX[s][s]和獨(dú)立坐標(biāo)雅可比矩陣jacobiY[s][]。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3573074