范纪华 谷通顺 王明强 谌 宏 陈立威

∗(江苏科技大学机械工程学院,江苏镇江 212003)

†(江苏科技大学苏州理工学院,江苏张家港 215600)

∗∗(无锡交通高等职业技术学校机械工程学院,江苏无锡 214000)

引言

接触碰撞是工程界普遍存在的现象,例如航天器的对接和抓取[1-3]、太阳能帆板的展开[4-5]、旋转关节的间隙碰撞[6]、车辆碰撞[7]、火箭的回收着陆[8]、工程机械作业[9-10].由于碰撞过程存在法向碰撞和切向摩擦作用,具有非光滑、不连续的特性[10-11].因此,有必要对高效精确的接触碰撞建模方法进行研究.

在接触碰撞过程中存在法向接触速度跳跃、能量突变和切向摩擦的滑动−黏滞互相切换等问题.对于解决柔性体接触碰撞过程中含切向黏滞/滑动状态摩擦的碰撞非光滑问题,国内外学者提出了光滑化方法[11-13],该方法采用光滑曲线来描述Coulomb 摩擦模型滑动−黏滞的切换过程,有效解决了切换引起的稳定性问题,然而该方法存在失去黏滞时动力学特征的缺陷,针对光滑化方法存在的缺陷,国内外学者提出建立互补关系来求解接触碰撞非光滑问题[14-17].互补关系算法通过Hertz 接触理论描述法向接触力,在切向上建立正负加速和正负摩擦余量的互补关系从而通过求解出摩擦余量得出静摩擦力[14].然而互补算法需要计算互补方程同时还需要进行状态切换条件的判断,相对增加了计算求解时间[18],有学者[18-21]提出直接根据接触碰撞过程黏滞/滑移条件进行程序判断计算的方法.文献[18]对……