张海涛-2013424064-第四次作业+Baumgarte违约修正.docVIP

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弹簧阻尼四连杆机构动力学分析—Baumgarte违约修正

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弹簧阻尼四连杆机构动力学分析

——Baumgarte违约修正

目录

TOC\o1-3\h\z\u一、动力学分析 2

1、外力矢量 2

2、外力所做的虚功 3

3、系统的约束方程 3

4、雅克比矩阵Cq 4

5、Qd 4

6、系统的动力学方程 4

7、Baumgarte违约修正法 5

二、说明 7

三、Matlab与ADAMS仿真曲线对比 8

仿真分析 12

附录一:求雅克比矩阵的Matlab程序 19

附录二:求Qd的Matlab程序 19

附录三:用欧拉迭代法+Baumgarte违约修正进行动力学分析的Matlab程序 20

使用ADAMS建立如图1所示的四连杆机构,二杆长150mm,三杆长500mm,四杆长450mm,二杆所受的转矩为100N?m;三个杆都受重力,二杆初始角度为90度;在四杆的质心和地面之间加上弹簧和阻尼,弹簧原长为416.08mm,弹簧刚度为4N/mm,阻尼为0.4N/(mm/s)。运用欧拉法,并加入Baumgarte违约修正法,

通过Baumgarte违约修正法可以明显看到各仿真曲线更接近于ADAMS的仿真曲线,matlab程序见文件夹中的sigan_donglixue_spring_Baumgarte.m文件。改变不同的∝和β值,可以得到不同的修正结果,见sigan_donglixue_spring_Baumgarte_duibi.m文件,通过改变不同的∝

转矩弹簧阻尼四杆三杆二杆

转矩

弹簧阻尼

四杆

三杆

二杆

图1加弹簧阻尼四杆机构

一、动力学分析

1、外力矢量

(1)弹簧力为:

fs=k*(sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2)-L0);

(2)阻尼力为:

fc=-c*q_v(7,i)*(750-q(7,i))/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2)+c*q_v(8,i)*(q(8,i)-0)/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2)

(3)四杆质心x轴方向所受的外力:

Fx=fs*(750-q(7,i))/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2)+fc*(750-q(7,i))/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2);

(4)四杆质心y轴方向所受的外力:

Fy=-m4*g-fs*(q(8,i)-0)/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2)-fc*(q(8,i)-0)/sqrt((q(7,i)-750)^2+(q(8,i)-0)^2);

2、外力所做的虚功

3、系统的约束方程

R

4、雅克比矩阵Cq

由系统的约束方程,求雅克比矩阵得Cq。具体程序见附录一,可得雅克比矩阵C

5、Qd

具体程序见附录二,可得Qd

6、系统的动力学方程

其中:M=

7、Baumgarte违约修正法

在上述系统的动力学方程中加入Baumgarte违约修正法,如下式。C为系统的约束方程,Cqq为对系统约束方程C求雅克比矩阵,再乘以q。C

系统的约束方程为:

R

即C为:

x4-l2/2*cos(x6);

x5-l2/2*sin(x6);

x4+l2/2*cos(x6)-x7+l3/2*cos(x9);

x5+l2/2*sin(x6)-x8+l3/2*sin(x9);

x7+l3/2*cos(x9)-x10+l4/2*cos(x12);

x8+l3/2*sin(x9)-x11+l4/2*sin(x12);

x10+l4/2*cos(x12)-l5;

x11+l4/2*sin(x12);

x4x5x6x7x8x9x10x11x12分别代表二杆、三杆、四杆的位移量。

Cq

y4+(l2*y6*sin(x6))/2

y5-(l2*y6*cos(x6))/2

y4-y7-(l2*y6*sin(x6))/2-(l3*y9*sin(x9))/2

y5-y8+(l2*y6*cos(x6))/2+(l3*y9*cos(x9))/2

y7-y10

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