【正文】 負(fù)責(zé)人簽名： 日期： 20。重載夾持操作系統(tǒng)性能評(píng)估數(shù)字仿真平臺(tái)可以對(duì)重載夾持系統(tǒng)進(jìn)行多學(xué)科聯(lián)合數(shù)字仿真。學(xué)院的鍛壓裝備與成形實(shí)驗(yàn)室可以為本項(xiàng)目的研究提供鍛造夾持操作實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、夾持器與接觸力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、運(yùn)動(dòng)副反力測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及重載夾持操作系統(tǒng)性能評(píng)估數(shù)字仿真平臺(tái)。通過實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論研究初步分析在反作用力響應(yīng)盲區(qū)內(nèi)各運(yùn)動(dòng)副反力響應(yīng)的順應(yīng)性和產(chǎn)生不確定的原因。采用拓?fù)溧徑泳仃嚱⒅剌d裝置整體轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一力學(xué)方程，并分析其力封閉性和承載能力。在學(xué)術(shù)上，本研究運(yùn)用反作用力響應(yīng)盲區(qū)這個(gè)全新的概念研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的完整性,期望建立新的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的完整動(dòng)力學(xué)理論體系。因此，從考慮反作用力響應(yīng)盲區(qū)特性的角度分析重載裝置完備剛?cè)狍w動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，研究反作用力響應(yīng)盲區(qū)對(duì)重載夾持裝置夾持穩(wěn)定性的影響規(guī)律，探討反作用力響應(yīng)盲區(qū)特性對(duì)重載裝置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力的理論支持，從而進(jìn)一步提高我國(guó)巨型重載機(jī)械的設(shè)計(jì)制造水平。重載機(jī)械系統(tǒng)在變換工況或受到?jīng)_擊載荷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反復(fù)振動(dòng)，主動(dòng)被動(dòng)關(guān)系不斷改變，在力流的傳遞過程中，隨著沖擊載荷的不斷變化勢(shì)必導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副反力反復(fù)通過反作用力響應(yīng)盲區(qū)。公式式（6）、（7）是夾持裝置夾鉗開合、抬升、旋轉(zhuǎn)等各種工況的通用方程，對(duì)于壓桿式重載夾持裝置系統(tǒng)可列出67個(gè)獨(dú)立平衡方程，如果將夾鉗裝置推廣到由K個(gè)構(gòu)件N個(gè)運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)械系統(tǒng)，可以得到6K個(gè)獨(dú)立的平衡方程，則第l個(gè)移動(dòng)副摩擦力，為移動(dòng)副約束反力，為移動(dòng)副力與法線所夾銳角；第j個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦力矩，為轉(zhuǎn)動(dòng)副約束反力到鉸鏈中心的距離，為轉(zhuǎn)動(dòng)副約束反力。 圖1 重載夾持裝置夾持預(yù)緊狀態(tài) 圖2 重載夾持裝置夾持工作狀態(tài)為了分析力流的傳遞規(guī)律，把重載夾持裝置的力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖3和圖4所示。目前利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的研究的人已經(jīng)比較多，但確少有學(xué)者利用物理方法研究機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。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(yùn)動(dòng)副的摩擦特殊性對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響是造成巨型重載操作裝備設(shè)計(jì)水平低、設(shè)備性能落后的重要原因之一。二、課題論證（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（40008000字）1 立項(xiàng)依據(jù)(研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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。中南大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目項(xiàng) 目 申 請(qǐng) 書(理工類)項(xiàng)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(dòng)力學(xué)建模研究申 請(qǐng) 人： 所在班級(jí)： 機(jī)械0912班 指導(dǎo)教師： 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 所在單位： 機(jī)電工程學(xué)院 聯(lián)系電話： E MAIL： 申請(qǐng)日期： 中 南 大 學(xué)2011年6月填 寫 說 明1．本申請(qǐng)書所列各項(xiàng)內(nèi)容均須實(shí)事求是，認(rèn)真填寫，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)，簡(jiǎn)明扼要。同時(shí)根據(jù)重載機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)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(jī)構(gòu)的統(tǒng)一動(dòng)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?cè)獌?yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。我們國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，國(guó)家大戰(zhàn)略工程的全面推進(jìn)迫在眉睫。Liu等基于李群和李代數(shù)的基本理論[22]，利用NewtonEuler和Lagrange形式給出了一種通用的坐標(biāo)不變的剛體動(dòng)力學(xué)建模數(shù)學(xué)框架，表明機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和控制可以采用統(tǒng)一的幾何框架。當(dāng)夾緊力大于某一值時(shí)，重載夾持裝置產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致夾持失效。 ，（i=1,2,…K； l=1,2,…M ； j=1,2,…N), 和分別為第i個(gè)構(gòu)件上受到的力和力矩，為第l個(gè)移動(dòng)副摩擦力，為第j個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦力矩，各個(gè)力可由動(dòng)態(tài)靜力法求得。在建立機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，考慮的因素是否全面，建立的模型是否完整，直接關(guān)系到機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和控制的精確度，進(jìn)而影響到重載裝置的品質(zhì)、性能等。（3）、為發(fā)展和優(yōu)化我國(guó)巨型重載裝置的設(shè)計(jì)以及制造提供理論指導(dǎo)由于重載機(jī)械系統(tǒng)存在著復(fù)雜的摩擦關(guān)系，現(xiàn)有研究為避開模型計(jì)算等方面的困難，對(duì)真實(shí)力學(xué)系統(tǒng)中的摩擦轉(zhuǎn)化進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化的結(jié)果往往造成了許多重要?jiǎng)恿W(xué)特性信息的丟失，使現(xiàn)有的研究結(jié)論與工程應(yīng)用存在較大差距。、研究目標(biāo)本項(xiàng)目以國(guó)家973項(xiàng)目的子課題“大尺度重型構(gòu)件穩(wěn)定夾持原理與夾持系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)策略”為研究背景，以巨型重載夾持裝置中的反作用力響應(yīng)盲區(qū)特性為基本著眼點(diǎn)，分析機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)反向微動(dòng)時(shí)主動(dòng)力和從動(dòng)阻力變換規(guī)律，建立摩擦約束方程和完整剛?cè)狍w動(dòng)力學(xué)模型，并分析重載裝置的力封閉性和承載能力，提出拓?fù)渫瑯?gòu)及變?cè)獌?yōu)化設(shè)計(jì)方法、完善巨型重載裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化理論。（3）重載裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究方法以重載夾持裝置為研究對(duì)象，分析反作用力響應(yīng)盲區(qū)對(duì)重載機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件及摩擦約束條件（即力封閉性能）的影響，通過拓?fù)鋱D同構(gòu)變?cè)椒?，降低重載裝置整體轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的自由度，改善力封閉性能。5 年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究成果（發(fā)表論文、申請(qǐng)專利等）1）年度研究計(jì)劃（1）、—— 進(jìn)一步調(diào)研，詳細(xì)制定研究計(jì)劃；設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)副反力測(cè)定實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2 工作條件（包括已具備的實(shí)驗(yàn)條件，尚缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑，包括利用國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究基地的計(jì)劃與落實(shí)情況）機(jī)電工程學(xué)院是一所進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)電工程及相關(guān)學(xué)科的科學(xué)技術(shù)研究和人才培養(yǎng)的綜合機(jī)構(gòu)，學(xué)院擁有機(jī)械設(shè)計(jì)及理論和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化兩個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。如圖12 所示：圖12 運(yùn)動(dòng)副反力測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)4）、重載夾持操作系統(tǒng)性能評(píng)估數(shù)字仿真平臺(tái)。負(fù)責(zé)的內(nèi)容：夾持機(jī)構(gòu)承載能力和承載能力的研究。該平臺(tái)既可充分發(fā)揮MATLAB的強(qiáng)大的計(jì)算功能,又可使用戶在直觀簡(jiǎn)潔的操作界面上,只需輸入相關(guān)數(shù)據(jù),通過簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)和鍵盤操作就可以完成復(fù)雜的計(jì)算,并可以得到可視化的計(jì)算結(jié)果,完成整套分析解決方案，方便了巨