Randomness exists in engineering. Tolerance, assemble-error, environment temperature and wear make the parameters of a mechanical system uncertain. So the behavior or response of the mechanical system is uncertain. In this paper, the uncertain parameters are treated as random variables. So if the probability distribution of a random parameter is known, the simulation of mechanical multibody dynamics can be made by Monte-Carlo method. Thus multibody dynamics simulation results can be obtained in statistics. A new concept called functional reliability is put forward in this paper, which can be defined as the probability of the dynamic parameters(such as position, orientation, velocity, acceleration etc.) of the key parts of a mechanical multibody system belong to their tolerance values. A flexible mechanical arm with random parameters is studied in this paper. The length, width, thickness and density of the flexible arm are treated as random variables and Gaussian distribution is used with given mean and variance. Computer code is developed based on the dynamic model and Monte-Carlo method to simulate the dynamic behavior of the flexible arm. At the same time the end effector's locating reliability is calculated with circular tolerance area. The theory and method presented in this paper are applicable on the dynamics modeling of general multibody systems.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제5권4호
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pp.50-60
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2004
A very flexible beam can be used to model various types of continuous mechanical parts such as cables and wires. In this paper, the dynamic properties of a very flexible beam, included in a multibody system, are analyzed using absolute nodal coordinates formulation, which is based on finite element procedures, and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In order to consider the dynamic interaction between a continuous large deformable beam and a rigid multibody system, a combined system equations of motion is derived by adopting absolute nodal coordinates and rigid body coordinates. Using the derived system equation, a computation method for the dynamic stress during flexible multibody simulation is presented based on Euler-Bernoulli beam theory, and its reliability is verified by a commercial program NASTRAN. This method is significant in that the structural and multibody dynamics models can be unified into one numerical system. In addition, to analyze a multibody system including a very flexible beam, formulations for the sliding joint between a very deformable beam and a rigid body are derived using a non-generalized coordinate, which has no inertia or forces associated with it. In particular, a very flexible catenary cable on which a multibody system moves along its length is presented as a numerical example.
This paper deals with 3D simulation of industrial robot for automated manufacturing system. In order to evaluate the operational characteristics of the industrial robot system in the worst case motion scenario, flexible - rigid multibody analysis was performed. Then, the rigid body dynamics analysis was performed and the results were compared with the flexible - rigid multibody analysis. Modal analysis was also performed to confirm the dynamic characteristics of the robot system. In the case of the flexible-rigid multibody simulation, only the structural members of interest were modeled as elastic bodies to confirm the stress state. The remaining structural members were modeled as rigid bodies to reduce computer resources.
In order to find out relationship between hit probability and gun firing of a moving tank, a turret and flexible gun system model has been developed using a recursive flexible multibody dynamics. For a firing simulation model, nodal coordinates for a finite element model of a flexible gun have been employed to include transverse loads to the gun tube due to moving bullet and ballistic pressure. Modal coordinates are also used to represent the motion induced gun vibration before a firing occurs. An efficient switching technique from modal equations to nodal equation has been introduced for an entire gun firing simulation with a rotating turret.
A great deal of time and effort are required to evaluate the safety and durability of a vehicle structure in the vehicle development stage. It is difficult to find the reasons for cracks which occur in the body and frame of a vehicle during tests. Recently computer aided engineering techniques have been utilized to solve the problems of safety and durability of vehicles. In this study, a dynamic stress analysis is performed on the frame of the vehicle by rigid and flexible multibody dynamics techniques. The result of the analysis is compared to that of the actual test. The full vehicle dynamic models for the rigid and flexible bodies are developed by DADS package. The modal coordinate system is used to save time for the dynamic stress analysis. The flexible multibody dynamic models have 12 normal modes considering the flexibility of the frame. Dynamic stresses arc calculated by relating the stress influence coefficients and the applied forces.
This study analyzes the dynamic response of a floating crane with a cargo considering an elastic boom to evaluate(or for evaluation of) its flexibility effect on their dynamic response. Flexible multibody system dynamics is applied in order to establish a dynamic equation of motion of the multibody system, which consists of flexible and rigid bodies. In addition, a floating reference frame and nodal coordinates are used to model the boom as a flexible body. The study also simulates the coupled surge, pitch, and heave motions of the floating crane carrying the cargo with three degrees of freedom by numerically solving the equation. Finally, the simulation results of the elastic and rigid booms are comparatively analyzed and the effects of the flexible boom are discussed.
Multibody system dynamics is based on classical mechanics and its engineering applications originating from mechanisms, gyroscopes, satellites and robots to biomechanics. Multibody system dynamics is characterized by algorithms or formalisms, respectively, ready for computer implementation. As a result simulation and animation are most convenient. Recent developments in multibody dynamics are identified as elastic or flexible systems, respectively, contact and impact problems, and actively controlled systems. Based on the history and recent activities in multibody dynamics, recursive algorithms are introduced and methods for dynamical analysis are presented. Linear and nonlinear engineering systems are analyzed by matrix methods, nonlinear dynamics approaches and simulation techniques. Applications are shown from low frequency vehicles dynamics including comfort and safety requirements to high frequency structural vibrations generating noise and sound, and from controlled limit cycles of mechanisms to periodic nonlinear oscillations of biped walkers. The fields of application are steadily increasing, in particular as multibody dynamics is considered as the basis of mechatronics.
많은 절점 자유도로 표현이 되는 유연다물체 시스템의 효율적인 해석을 위해서는 병렬처리 기법이 적용될 수 있다. 이 분야에서의 병렬처리기법은 주로 선형대수방정식의 효율적인 해법에 초점이 맞추어 연구가 진행되었다. 본 논문에서는 기존의 방법과는 달리 병렬처리에 적합한 유연다물체 동역학 공식을 부분 시스템 합성방법을 이용하여 개발하고, OpenMP를 사용한 효율적인 병렬처리 방식을 제안하였다. 서로 다른 두 가지 병렬처리 방식을 3개의 동일한 유연체 회전 날개 시스템 시뮬레이션 통하여 비교하였다. 또한 실제의 CPU시간을 비교하여 제안한 병렬처리 방법의 효율성을 고찰하였다.
A flexible-rigid multibody analysis was pen armed to examine the dynamic response of a heavy handling robot system under a worst motion scenario. A rigid body dynamics analysis was solved and compared with flexible-rigid multibody analysis. The modal analysis and test were also carried out to establish the accuracy and the validation of the finite element model used in this paper. For the flexible-rigid multibody simulation, stresses in several major bodies were interested, so that those parts are flexible and other parts are modeled as rigid body in order to reduce computer resources.
In multibody dynamics, differential and algebraic equations which can satisfy both equation of motion and kinematic constraint equation should be solved. To solve these equations, coordinate partitioning method and constraint stabilization method are commonly used. In the coordinate partitioning method, the coordinates are divided into independent and dependent and coordinates. The most typical coordinate partitioning method are LU decomposition, QR decomposition, and SVD (singular value decomposition). The objective of this research is to find an efficient coordinate partitioning method in the dynamic analysis of flexible multibody systems. Comparing two coordinate partitioning methods, i.e. LU and QR decomposition in the flexible multibody systems, a new hybrid coordinate partitioning method is suggested for the flexible multibody analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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