关于proe冗余问题的思考.doc

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关于proe冗余问题的思考

关于冗余问题的思考 本人最近一直在研究proe的机构和结构模块,发现proe的机构模块数据还是比较可靠的,尽管机构模块是有各种漏洞存在。这里,我们探讨机构模块中反作用力的测量,这里不得不面对一个问题,就是“冗余”,也就是多余约束对反作用力的影响问题。这个因为我没有接触专业的研究,只能直接摆出现在碰到的一些问题。并把个人的思考与问题结合具体分析提出来,希望能得到老师的指点。 林龙震教授的《proe机构/运动分析》一书P48,有一个对门的冗余约束问题的讨论。这里,我先从它开始,把“分析两个门栓的支反力”作为研究目标。下面问题展开。 现在有一个门长200mm,宽100mm,重力为10N(个人通过设置实现),两门闩距水平中心面均为50mm。 例一、先看最为实际的情况,就是两个门闩均用销钉约束,情况如下: 对它列式计算:自由度为1,1=1*6-5*2+R,得R=5,冗余为5。 在分析中,我们让门以5°每秒的速度转一秒钟,重力生效:两门闩的受力如下: 两门闩受力相同,结果好像是对的(这个我不会计算,空间力矩无法解决)。在该书的P47,有这样的观点:冗余会影响反作用力,这里冗余确实存在的,那么他对所测量的反作用力到底有没有产生影响呢?这个,调试继续。 例二、我们把门闩的一个销钉约束换掉,换成圆柱约束:情况如下: 它的自由度是1,冗余为4(比上例少了一个约束,冗余减少1).继续,运动分析时: 我们让门以5°每秒的速度转一秒钟,重力为10N生效:两门闩的受力如下: 奇怪的现象出现了,两门闩的水平力竟然没有改变,只是竖直力改变了。 这里我简单分析如下:因为把一个销钉的竖直方向约束解除了,那么它5N的力,只能由底下的销钉一人承受,而水平约束前后没有丝毫改变因此受力也不会变化。因此个人猜想如下: 约束改变后,变化约束(上面门闩的水平面约束解除)对应受力(竖直受力)会相应的进行改变,但是前后没有变化的约束(水平受力)对应的力不会有变化。 约束改变会影响力。显然此处约束是不符合实际的。我们也观测下结果为止。调试继续进行。例三、该书中提出一种约束为零的方案,就是上面采用平面连接,下面采用轴承约束: 情况如下: 这里自由度为1,约束为5,一个刚体,那么冗余恰好是0。这个明显看出,是为达到冗余为0进行可以凑配的,感觉还是不怎么实际。那么结果如何呢?下面就是结果:我们让门以5°每秒的速度转一秒钟,重力为10N生效:两门闩的受力如下: 现在继续分析结果。惊人的现象出现了。水平力由上面的门闩(轴承约束)独自承担,它也就是上面水平力的和,竖直力由下面的门闩(平面约束)独自承担。细想一下,确实也合理。轴承只有径向能承载力,而平面也只有垂直与面的方向能承载力。 感觉他完全就是为了满足冗余为0而勉强的,结果与实际相差太大。 这就是我们追求冗余为零的效果吗?结果反而不合理了。书中提到冗余影响反作用力,但是此处,多余的约束分明让分析更加合理,更加与实际接近,并没有让结果受影响的离谱。反而是,达到冗余为零的时候结果离谱了。到底我们对冗余应该怎么对待? 现在我有以下看法: 保证约束效果尽可能的和实际接近,有的冗余是实际存在的,不必顾虑(上例一)。但是约束的前提是不能和实际效果有太大出入(上例二),这样得到的结果才能有实际参考价值。 冗余为零,只是在保证和实际效果相当的前提下,尽量去满足的,没必要刻意去为冗余为零,去刻意改变不符合实际的约束,否则结果完全没有参考性(上例3)。 这样,就是个人对冗余问题的看法,不知道是否正确。 但是顾虑仍然存在,分析继续进行。 继续看林龙震教授《机构运动分析》一书的P73,有这样一句话:冗余值如果不是0,将某些分析值的正确性。这两个分析值就是“连接反作用”和“静负荷”,上面正是前者。万一冗余真的影响了“连接反作用”,而它又是后面应力、应变分析的主要数据,那么分析岂不是乱了?这足以让我胆战心惊,于是探究继续进行。 例四下面,我分析对象是书中提出的四杆机构,情况如下: 计算冗余1=3*6-(3*5+4)+R,得冗余为2。解释如下:自由度为一,分配给右下角那个销钉,设置一个电动机。三个刚体,总自由度为3*6,一个销钉约束为5,三个销钉约束为3*5,一个圆柱约束为4,那么多余约束R就是2。虽然有冗余存在,但是这种约束就饿我们常用约束。根据组件参数,设置电动机转速为36°每秒,转一周,测得受力结果如下: 如图所示,三处约束轴向力均为0,径向力各不相同。 那么冗余为零的结果又是怎样呢? 例五: 我们改变约束,把左下角的圆柱约束移到左上角。把左下角的销钉约束变成球约束。球约束自由度是3,比销钉约束多2,恰好抵消冗余2,那么冗余就

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