[发明专利]一种用于柔性机构静力学和动力学分析的高效计算方法

摘要

本发明公开了一种用于柔性机构静力学和动力学分析的高效计算方法，包括如下步骤：将柔性机构按柔性铰链、柔性梁和连接块为基本单元进行离散；建立柔性铰链单元和柔性梁单元的的有限元刚度矩阵；建立柔性机构的整体刚度矩阵；建立柔性铰链单元、柔性梁单元和连接块单元的有限元质量矩阵，并组装成柔性机构的整体质量矩阵；施加边界条件和载荷，建立动力学有限元平衡方程，求解得到柔性机构的静力学参数以及动力学参数。本发明在保证计算精度和揭示更丰富的振动模态信息的基础之上，提高了计算效率，减小了计算量，为柔性机构以及由柔性机构组成的更复杂机械系统的性能分析、优化设计和实时闭环控制分析提供高效的力学模型。

主权项

1.一种用于柔性机构静力学和动力学分析的高效计算方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将柔性机构按柔性铰链、柔性梁和连接块为基本单元进行离散，并按几何连接关系顺序标注单元次序和节点次序；(2)根据柔性铰链和柔性梁的解析柔度矩阵或解析刚度矩阵，建立柔性铰链单元和柔性梁单元的的有限元刚度矩阵；(3)根据建立的柔性铰链单元和柔性梁单元的有限元刚度矩阵，建立柔性机构的整体刚度矩阵；(4)建立柔性铰链单元、柔性梁单元和连接块单元的有限元质量矩阵，并组装成柔性机构的整体质量矩阵；(5)根据建立的柔性机构的整体刚度矩阵和整体质量矩阵，施加边界条件和载荷，建立动力学有限元平衡方程，求解得到柔性机构的静力学参数以及动力学参数；所述步骤(2)中，柔性铰链单元的有限元刚度矩阵与柔性铰链的解析柔度矩阵的关系为：公式(1)中，K_i为第i个所述柔性铰链单元的有限元刚度矩阵，l_i为所述柔性铰链单元的长度，c_i为公知的柔性铰链的柔性矩阵元素，i＝1,2,3,4，具体为：公式(2)中，F_x、F_y、M_z分别是施加在所述柔性铰链单元上的轴力、横向剪切力和弯矩；所述步骤(2)中，柔性梁单元的有限元刚度矩阵为两节点梁单元刚度矩阵：公式(3)中，K_i^b为第i个所述柔性梁单元的有限元刚度矩阵，l_i为所述第i个柔性梁单元的长度，E为所述柔性机构的弹性模量，A为所述柔性梁单元的横截面积，I为所述柔性梁单元的惯性矩。