[發明專利]一種復雜表面間接觸碰撞參數識別方法

在審

• 申請號: 201711242349.6
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108009350A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 錢林方;陳光宋;馬佳;付佳維;陳紅彬;陳龍淼;徐亞棟
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發明公開一種復雜表面間接觸碰撞參數識別方法，首先通過實驗或者有限元仿真方法獲得兩復雜表面間發生一次接觸碰撞時間內的接觸碰撞力、接觸碰撞位移以及接觸碰撞速度；然后對輸入參數進行無量綱化處理：定義無量綱化參量，利用標準化參量對輸入參數進行無量綱化處理；最后對相關接觸碰撞動力學參數進行估計：利用無跡卡爾曼方法進行動力學參數估計，首先基于無跡卡爾曼方法的通用模型，建立接觸碰撞問題對應的參數估計模型，然后利用無跡卡爾曼算法對接觸碰撞動力學參數進行估計；本方法減小了估計方程左右兩側量值的差異性，保證參數估計結果的準確性和穩定性，可以達到二階甚至更高的精度。

技術領域

本發明屬于機械動力學領域，特別涉及一種復雜表面間接觸碰撞參數識別方法。

背景技術

實際機械結構中由于制造精度、裝配誤差、磨損以及材料變形等因素，間隙的存在是不可避免的。機構中間隙的存在會導致接觸碰撞的發生，從而影響系統的動力學響應，加劇機構的磨損與破壞，產生嚴重的噪聲與振動，并導致機械系統整體精度降低、性能 下降和故障隱患，對于高速系統，這種影響尤為巨大。目前解決這個問題的方法主要有 兩種：一種是提高加工和制造精度，消除間隙，從而避免接觸碰撞的發生，但是從結構 制造成本考慮，這種方法不現實；另一種是準確分析含間隙機械機構運動過程，從而明 確整個過程接觸碰撞力的變化規律。由于第二種方法具有很大的實際應用價值，因此深 入研究含間隙系統的接觸碰撞問題，對于提高系統的穩定性、可靠性、工作精度以及延 長其使用壽命具有重要意義。

自20世紀70年代開始，國內外學者開始就多體系統的接觸碰撞問題加以研究，并先后提出多種經典的接觸碰撞力模型。然而，現有的研究皆是借鑒間隙旋轉鉸機構的動 力學模型，比較常用的接觸碰撞力模型有Hunt-Crossley接觸碰撞力模型以及 Lankarani-Nikravesh接觸碰撞力模型，其接觸碰撞剛度系數、阻尼系數以及接觸碰撞指 數可以通過對應的公式計算獲得，進而可以得到相應的接觸碰撞力的變化。然而，這兩 種模型中相關接觸碰撞動力學參數的計算公式皆源于Hertz理論，Hertz理論的非協調接 觸條件致使只有當兩個物體的間隙足夠大，且所受力足夠小的情況下，計算結果才與實 際情況吻合。然而，實際機械系統中的間隙尺寸都是非常小的。再者，Hertz系列模型 僅限于應用在兩種幾何形狀規則的接觸表面之間(例如球體、圓柱體)，對于幾何形狀 復雜接觸表面間的接觸碰撞問題，相應的接觸碰撞剛度系數、阻尼系數都不能利用現有 的公式進行計算獲得，因而導致了其接觸碰撞力高效解析量化的困難性。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種復雜表面間接觸碰撞參數識別方法，以解決 對于幾何形狀復雜的接觸碰撞表面，相應的接觸碰撞剛度系數、阻尼系數都不能通過現有方法獲取的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種復雜表面間接觸碰撞參數識別方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取輸入參數：通過實驗或者有限元仿真方法獲得兩復雜表面間發生一次接觸碰撞時間內的接觸碰撞力F、接觸碰撞位移δ以及接觸碰撞速度

步驟2、對輸入參數進行無量綱化處理：定義無量綱化參量，利用標準化參量對輸入參數進行無量綱化處理；

步驟3、對接觸碰撞動力學相關參數進行估計：利用無跡卡爾曼方法進行動力學參數估計，首先基于無跡卡爾曼方法的通用模型，建立接觸碰撞問題對應的參數估計模型，然后利用無跡卡爾曼算法對接觸碰撞動力學參數進行估計；

步驟4、將參數估計所得結果轉化為實際量值。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：