[发明专利]基于混合计算模型的橡胶双连杆系统动态卡阻的模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于混合计算模型的橡胶双连杆系统动态卡阻的模拟方法，包括：建立橡胶双连杆系统动态卡阻的初始构型，确定橡胶双连杆的尺寸和位置参数以及刚性平台的运动参数；确定橡胶双连杆所使用的橡胶材料本构模型以及本构模型中所需的参数；利用有限元方法离散橡胶双连杆模型；设置局部柔性接触模型中橡胶杆杆端与刚性平台的接触参数；以离散后的橡胶双连杆模型以及局部柔性接触模型联立出橡胶双连杆系统动态卡阻的动力学方程组，迭代求解动力学方程组；提取计算结果文件并导入Origin进行数据可视化处理。本发明具有简单的模型和完整的理论，计算效率明显高于一般有限元方法。

技术领域

本发明属于柔性多体系统动力学分析领域，具体为一种基于混合计算模型的橡胶双连杆系统动态卡阻的模拟方法。

背景技术

目前，将软材料应用于柔性多体动力学领域，研究超弹性材料在静力学条件下的力学性质，研究超弹性材料在做大范围运动时的大变形问题已有大量的文献记载。随着接触理论的逐渐完善，系统性地分析超弹性材料系统例如橡胶系统的接触问题已经成为现实，其中研究橡胶这类超弹性材料系统的动态卡阻问题，对于分析接触冲击对整体系统稳定性的影响有很大的意义。现有的对于动态卡阻问题的研究主要分为理论分析和有限元分析，其中理论分析的对象主要为刚体或者线弹性材料，不适用于非线性材料接触大变形问题的研究，而利用有限元软件模拟橡胶材料多体系统的动态卡阻问题所需时间成本高，对于运动响应等计算结果的处理也很复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混合计算模型的橡胶双连杆系统动态卡阻的模拟方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于混合计算模型的橡胶双连杆系统动态卡阻的模拟方法，包括以下步骤：

S1：建立橡胶双连杆系统动态卡阻的初始构型，确定橡胶双连杆的尺寸和位置参数以及刚性平台的运动参数；

S2：确定橡胶双连杆所使用的橡胶材料本构模型以及本构模型中所需的参数；

S3：利用有限元方法离散橡胶双连杆模型，设置离散的总单元数；

S4：设置局部柔性接触模型中橡胶杆杆端与刚性平台的接触参数；

S5：以离散后的橡胶双连杆模型以及局部柔性接触模型联立出橡胶双连杆系统动态卡阻的动力学方程组，迭代求解动力学方程组，设置迭代收敛的控制参数以及计算的总时长和步长，得到杆上各个离散单元节点的位置、速度和应力，以及橡胶双连杆在运动过程中的杆端接触力；

S6：提取S5的计算结果文件并导入Origin进行数据可视化处理。

优选地，橡胶双连杆的尺寸包括橡胶双连杆的总长度和橡胶杆的直径；橡胶双连杆的位置包括连在固定铰上的杆与竖直方向的夹角，以及固定铰距离刚性平台的高度；平台的运动参数包括平台的水平移动速度和平台的摩擦系数。

优选地，选取Yeoh三阶模型作为橡胶材料的本构模型，其形式为：

σ_Yeoh＝2[C₁₀+2C₂₀(I_C-3)+3C₃₀(I_c-3)²](λ-λ^-2)

式中，σ_Yeoh为杆件在拉压方向的轴向应力，I_C为右柯西-格林变形张量C的第一不变量I_C＝λ²+2λ^-1，λ为伸长比，λ＝ε+1，ε为杆件在拉压方向的名义应变，C₁₀、C₂₀、C₃₀分别为Yeoh三阶本构模型的三个参数。

优选地，采用绝对节点坐标法一维二节点梁单元离散双连杆模型，离散方式为均匀离散。