【正文】 中南大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目項 目 申 請 書(理工類)項目名稱：基于反作用力響應(yīng)盲區(qū)影響的重載裝置剛?cè)狍w動力學(xué)建模研究申 請 人： 所在班級： 機械0912班 指導(dǎo)教師： 學(xué)科專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 所在單位： 機電工程學(xué)院 聯(lián)系電話： E MAIL： 申請日期： 中 南 大 學(xué)2011年6月填 寫 說 明1．本申請書所列各項內(nèi)容均須實事求是，認(rèn)真填寫，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)，簡明扼要。2．本申請書為大十六開本（A4），左側(cè)裝訂成冊?？删W(wǎng)上下載、自行復(fù)印或加頁，但格式、內(nèi)容、大小均須與原件一致。3．申請人所在學(xué)院認(rèn)真審核，簽署意見后，將申請書（一式兩份）報送本科生院特色教育辦公室。一、簡況項目名稱基于反作用力響應(yīng)盲區(qū)影響的重載裝置剛?cè)狍w動力學(xué)建模研究所屬學(xué)科機械工程批準(zhǔn)經(jīng)費20000起止年月2011年 3月至 2013 年 3月申請人姓名孫潔潔性別男民族漢出生年月身份證號320323199009200639電話15200861243學(xué)號0806091428指導(dǎo)教師職務(wù)職稱電話項目參與人性別出生年月班級學(xué)院學(xué)號電話孫潔潔男機械0912班機電工程學(xué)院080609142815200861243吳書舟男機械0912班機電工程學(xué)院080609142415200868385高雨男機械0912機電工程學(xué)院080609142518643996977李帥男機械工程09級機電工程學(xué)院09371113213875942420申請人曾參與和本項目相關(guān)科研的情況具有開拓創(chuàng)新的精神，曾參加“金工大賽”和中南大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，對于機械原理、機械設(shè)計、機構(gòu)學(xué)、機器人學(xué)等學(xué)科擁有扎實的基礎(chǔ)和良好專業(yè)技能，并能熟練應(yīng)用cad 、proe、ansys、adams等三維和仿真軟件。指導(dǎo)教師承擔(dān)本項目相關(guān)科研課題情況項目情況簡介在重載裝置動力學(xué)建模方面，通常把系統(tǒng)簡化而忽略了很多因素的作用，使得建立的系統(tǒng)模型難以解耦，也影響了后續(xù)的控制研究精度。本研究在分析機械系統(tǒng)出現(xiàn)反向微動時主動力和從動力變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了反作用力響應(yīng)盲區(qū)的概念，嘗試建立考慮運動副摩擦情況下的重載裝置動力學(xué)模型，并且在研究反作用力響應(yīng)盲區(qū)內(nèi)各運動副反力的不確定性與重載裝置動力學(xué)模型奇異性的基礎(chǔ)上，試圖提出運動副的接觸摩擦狀態(tài)的判斷方法，建立相應(yīng)的摩擦約束方程，使重載裝置動力學(xué)模型完整可解。同時根據(jù)重載機械系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定條件及摩擦約束條件，得出重載裝置整體的轉(zhuǎn)化機構(gòu)的統(tǒng)一動力學(xué)方程，分析其力封閉性和承載能力 ，建立拓?fù)渫瑯?gòu)及變元優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。二、課題論證（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容（40008000字）1 立項依據(jù)(研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻(xiàn)目錄)當(dāng)今世界正經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命。新概念，新理論，新方法，新工藝不斷出現(xiàn)。作為向各行各業(yè)提供裝備的機械工業(yè)，也得到了迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)代機械工業(yè)日益向重載，高速，高精度，高效率，低噪聲等方向發(fā)展，對機械提出的要求也越來越苛刻。然而作為國家基礎(chǔ)制造能力表征的巨型重載操作裝備，如：重載塔吊裝置，重載輸送裝置，重載鍛造操作裝置，履帶式起重機等等，其設(shè)計與制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。例如：國內(nèi)最大的鍛造操作機夾持的最大重量是北方重工的200t，但是其整機水平還有待于進(jìn)一步驗證；而德國的西馬克公司已經(jīng)超過了300t，載重力矩630tm并且能夠?qū)崿F(xiàn)和壓機的聯(lián)動[1]；歐洲起重機的平均噸位在800噸，而我國目前這一數(shù)字卻不到200噸[2]。我們國家在巨型重載操作裝備上遲遲不能縮短與世界領(lǐng)先水平的差距已經(jīng)嚴(yán)重的阻礙了國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，國家大戰(zhàn)略工程的全面推進(jìn)迫在眉睫。造成這種局面的原因是多方面的，其中未能充分考慮重載裝置運動副的摩擦特殊性對機械系統(tǒng)動力學(xué)的影響是造成巨型重載操作裝備設(shè)計水平低、設(shè)備性能落后的重要原因之一。摩擦廣泛存在于工程實際中。在輕型機械中，摩擦對輕載機械系統(tǒng)的動力特性不會產(chǎn)生很大的影響，但是巨型、重載和高速是現(xiàn)代機械的一個重要標(biāo)志和發(fā)展方向，隨著運動速度和精度的提高，運動副之間的摩擦不容忽視。而巨型重載裝置運動副的摩擦特殊性更主要體現(xiàn)在：在巨型重載裝置的傳動過程中，兩構(gòu)間之間傳遞的力非常大，并且力的方向在短時間內(nèi)急劇變化，造成兩構(gòu)件相互接觸的表面之間的摩擦力很大以及摩擦力方向不確定。在對巨型重載裝置進(jìn)行機械系統(tǒng)動力學(xué)分析時，如果仍舊按照以前常用的分析方法，例如采用牛頓歐拉（NewtonEuler）法[37]、拉格朗日（Lagrange）[810]、虛功原理法[3,1113]、凱恩（Kane）法[14]、旋量法[14，15]等建立動力學(xué)模型，或者采用經(jīng)典的庫倫摩擦力模型，僅僅是考慮摩擦力與摩擦圓相切的情況（即動摩擦狀態(tài)），或者采用Metrikin [16]，或者采用Jon Juel Thomsen 和Alexader Fidin用解析近似法對速度依賴動摩擦模型求解[17]，忽略或簡化摩擦力對巨型重載系統(tǒng)動力學(xué)的影響、響應(yīng)順應(yīng)性的影響、響應(yīng)靈敏度的影響，是不可能得到精確的結(jié)果，不能滿足精確控制巨型重載裝置的要求，并且對以后更加深入的研究和發(fā)展巨型重載裝置的設(shè)計以及制造形成難以逾越的屏障。近年來，隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的不斷發(fā)展，一些現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具，如李群、李代數(shù)、微分流形和黎曼流形等開始應(yīng)用于動力學(xué)建模和控制以研究系統(tǒng)的動力特性[1820]。Spong使用Hamilton原理和黎曼幾何等工具揭示了機械系統(tǒng)動力學(xué)的幾個特性[21]，研究得出機械系統(tǒng)動力學(xué)簡化模型存在的幾個特性，研究得出機械系統(tǒng)動力學(xué)簡化模型存在的條件，對于指導(dǎo)機械系統(tǒng)控制和機械系統(tǒng)設(shè)計大有用處。Liu等基于李群和李代數(shù)的基本理論[22