高速旋转机构含接触非线性动力学分析方法研究

Developing giant centrifuge as background, research on key scientific dynamics questions of high-speed rotating mechanism: rigid flexible coupling analysis with nonlinear contact, and boundary uncertainty of flexible multi-body systems. The project will develop the flexible multi-body model which reflects contact physical mechanism, and numerical simulation methods considering both of computational accuracy and efficiency. The mechanical properties of the rotation axis interface will be studied. The boundary parameters uncertainty and forms, Analysis of boundary parameters and uncertainties exist form. Flexible multi-body kinetic analysis method will be established with boundaries uncertainty. Considering nonlinear contact and boundary uncertainty, flexible multi-body dynamics analysis method will be developed, and parameters such as rotation speed will be study. The project will provide scientific foundation for practical engineering, and provide reference for other flexible multi-body dynamics analysis.

以我国发展巨型超重力离心机为背景，针对高速旋转机构动力学关键科学问题开展研究：①含接触非线性的刚柔耦合效应，②不确定性边界对柔性多体系统的动力学影响。本项目将建立反映接触物理机制的柔性多体接触模型，建立兼顾计算效率和计算精度的数值模拟方法；开展旋转轴界面的力学特性研究，分析边界参数的不确定性及存在形式，建立含边界不确定性的柔性多体动力学分析方法；建立综合考虑接触非线性和边界不确定性的柔性多体动力学分析方法，分析典型旋转机构的动力学行为并进行旋转速度等参数影响分析。本项目的开展将为高速旋转机构多体动力学分析提供科学研究基础，同时为一般运动形式的复杂机构柔性多体动力学分析提供借鉴意义。

巨型超重力离心机是利用转臂的高速旋转产生超重力场的科学试验装置，本项目以我国发展巨型超重力离心机为背景，针对高速旋转机构动力学关键科学问题开展研究工作。本项目基于有限元方法建立了含接触非线性的柔性多体动力学模型，建立了滑动MPC算法处理柔性多体的接触问题，开展了旋转轴界面的力学特性研究，分析了参数的不确定性及存在形式，基于课题组自研软件平台PANDA实现了高速旋转结构的接触非线性分析功能，开发了旋转机构不确定性分析软件，建立了离心机结构的有限元模型，进行了静、动力学数值模拟，分析了旋转系统的动力学稳定性及影响参数。本项目的开展为实际工程含接触的柔性多体动力学分析提供了分析工具和研究基础，同时为一般运动形式的复杂机构柔性多体动力学分析提供借鉴意义，本项目针对的含接触非线性柔性多体问题具有基础性和通用性，可推广至航空、航天、车辆、机器人、兵器等工程领域更为复杂的柔性多体系统。项目资助期间，项目负责人和主要参加人发表期刊论文5篇(SCI检索1篇)，参加国学术会议3次，获得软件著作权3项。