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飞机机械传动系统动力学特性与工程设计软件技术研究

作　者: 丁文勇
导　师: 孙秦
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 机械动机构动力学特性参数化建模有限元仿真计算机辅助设计软件
分类号: V227
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 163次
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内容摘要

操纵系统是飞行控制的核心组成部分，机械传动机构是现代中小型运输机的主操纵舵面的主要传动形式，其动力学性能良好与否直接影响着飞机的飞行以及安全性能。开展计算机辅助设计技术研究，对于提高系统设计的预测性、缩短设计研制周期、降低技术成本具有重要的工程应用价值。为了适应飞机主机械传动系统的多样性设计与动力学特性分析的目的，本文采用参数化建模技术思路，初步设计完成了飞机主机械操纵系统动力学特性仿真分析的计算机辅助设计软件集成平台，可基本满足飞机常规混合式机械操纵系统多样性设计与工程分析应用的目的。论文主要工作内容概括如下： 1、在理论上综述了弹性动力学的Hamilton变分原理及其有限元数值计算方法，并对机械传动系统动力学分析中遇到的高效计算技术、大型常微分方程组差分算法及其数值稳定性问题、接触算法理论等进行了分析与讨论： 2、深入研究了飞机常规混合式机械操纵机构中常用构件的基本特性，并对如何正确选择模拟滑轮-钢索传动机构的单元类型进行了分析论证。通过算例计算分析，验证了本文采用ANSYS软件系统的SHELL163和LINK167单元类型对建立滑轮、钢索传机构动力学模型的合理性。 3、在深入研究计算机辅助设计软件技术的基础上，本文提出了实现飞机机械传动系统动力学数值分析的参数化建模的软件设计思路，利用ANSYS／APDL语言编写了滑轮-钢索传动机构的分析命令模板库：同时应用C++Builder系统开发了人机交互式视窗界面程序，设计了机械传动机构构件的界面输入、模板库编辑与连接等数据操作程序，开发了集成传动机构的多样性可视化参数建模、系统力学仿真分析、前后置处理于一体的计算机辅助工程设计软件平台。大型工程算例验证了本文设计分析技术思路的合理性与有效性，表明了本文开发的参数化飞机机械传系统动力学特性设计软件集成平台的技术适用性。

全文目录

第一章绪论  7-12
  1．1 飞机操纵系统发展概述  7-8
  1．2 操纵系统的的基本动力学特性  8-9
  1．3 本文使用的有限元工具  9-10
  1．4 本文主要研究工作内容  10-12
第二章飞机机械操纵系统的构造与简化  12-22
  2．1 钢索  13-15
    2．1．1 钢索  13-14
    2．1．2 钢索有限元模型  14-15
  2．2 滑轮  15-19
    2．2．1 扇形轮  16-18
    2．2．2 转向滑轮和导向滑轮  18
    2．2．3 滑轮有限元模型  18-19
  2．3 驾驶杆、摇臂和拉杆  19-20
    2．3．1 驾驶杆及摇臂  19-20
    2．3．2 拉杆  20
  2．4 系统的摩擦力  20-21
  2．5 小结  21-22
第三章弹性动力学数值分析基础  22-38
  3．1 弹性动力学基本方程  22-27
    3．1．1 弹性小变形动力学基本方程  22
    3．1．2 弹性动力学Hamilton变分原理及其有限元方程  22-24
    3．1．3 弹性动力学常微分方程的基本解法  24-27
  3．2 弹性动力学有限元求解中的关键技术  27-34
    3．2．1 单元计算的单点高斯积分与沙漏控制  27-32
    3．2．2 时间步长控制  32-34
  3．3 接触问题的数值计算方法  34-35
  3．4 DYNA3D中的接触算法及接触类型  35-37
    3．4．1 接触算法  35-36
    3．4．2 接触类型  36-37
  3．5 小结  37-38
第四章软式操纵系统几何构造算法  38-45
  4．1 滑轮与钢索的切点算法  38-43
    4．1．1 两滑轮与钢索共面时切点算法  38-43
    4．1．2 两不共面滑轮与钢索的切点算法  43
  4．2 C++ BUILDER数据管理  43-44
  4．3 小结  44-45
第五章有限元建模与动力学特性仿真分析  45-59
  5．1 APDL简介  45-47
    5．1．1 参数  45-46
    5．1．2 数据库数据的提取方法  46
    5．1．3 宏文件  46-47
  5．2 系统中构件有限元模型的建立  47-48
  5．3 网格划分、接触、加载及求解  48-49
  5．4 算例:两滑轮钢索机构  49-58
  5．5 小结  58-59
第六章计算机辅助设计软件开发  59-69
  6．1 软件开发的主要技术思路  59-60
  6．2 模板技术  60-61
    6．2．1 参数化模板  60-61
    6．2．2 模板文件编辑  61
    6．2．3 仿真结果输出  61
  6．3 程序开发  61-62
  6．4 应用举例  62-68
    6．4．1 系统中构件参数  63-64
    6．4．2 计算结果  64-68
  6．5 小结  68-69
第七章总结与展望  69-71
  7．1 工作总结  69-70
  7．2 工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
硕士学习期间发表论文情况  74-75
西北工业大学学位论文知识产权声明书  75
西北工业大学学位论文原创性声明  75

飞机机械传动系统动力学特性与工程设计软件技术研究

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