铁路救援起重机常见物理行为可视化模拟研究
发布时间：2024-03-25 18:38
本文依托铁道部科技研究开发计划重点课题——“铁路救援起重机仿真培训系统研究”,对机构运动、吊索运动、机构-吊索-负载运动、碰撞接触、静止接触和摩擦等铁路救援起重机的一些常见物理行为进行可视化模拟的关键理论和技术进行了研究。 首先,本文深入研究了基于约束方法的实时刚体模拟和基于有限元模型方法的实时软体模拟的关键理论和技术,完成了实时刚体和软体模拟的相关理论公式的推导,以及系统方程的构建和求解过程的推导,重点阐述了模拟实现中的一些关键技术和方法。 其次,本文重点研究了柔性吊索运动的模拟技术和方法,基于实时刚体和软体模拟理论和技术的研究工作成功开发了一个基于有限元模型方法的实时软体模拟算法库,设计并实现了一种基于混合物理模型的吊索物理模型构建方法,实现了具有真实物理材质特性的柔性吊索运动的可视化模拟。 最后,本文完成了铁路救援起重机常见物理行为可视化模拟在铁路救援起重机驾驶模拟器视景仿真系统中的应用和实现。模拟结果表明本文中实现的铁路救援起重机常见物理行为的可视化模拟满足自然物理定律,并且能够和系统进行实时交互,极大的提高了铁路救援起重机驾驶模拟器视景仿真系统的交互性和沉浸感。 本文的研究工...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 起重机驾驶模拟器简介及国内外研究现状
1.2.1 起重机驾驶模拟器简介
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 课题的提出
1.4 课题的主要研究工作
1.5 论文的内容组织安排
第2章 基于约束方法的实时刚体模拟研究
2.1 概述
2.2 实时动力学理论
2.2.1 粒子动力学
2.2.2 刚体动力学
2.2.3 基于约束的多体系统动力学
2.3 碰撞检测
2.3.1 空间分割法
2.3.2 层次包围盒法
2.4 碰撞反应
2.4.1 碰撞接触
2.4.2 静止接触
2.5 动摩擦和静摩擦
2.6 本章小结
第3章 基于有限元模型方法的实时软体模拟研究
3.1 概述
3.2 连续介质力学
3.2.1 应变
3.2.2 应力
3.3 线性有限元系统
3.3.1 静态系统
3.3.2 动态系统
3.4 系统求解关键技术
3.4.1 Corotational公式
3.4.2 质量、阻尼和刚度矩阵求解
3.4.3 弹塑性
3.5 网格组合
3.6 本章小结
第4章 基于混合物理模型的柔性吊索模拟研究与实现
4.1 概述
4.1.1 早期研究工作
4.1.2 吊索模拟要求
4.2 吊索物理建模分析
4.2.1 上升、下降阶段
4.2.2 摆动阶段
4.3 基于有限元方法的实时软体模拟算法设计和实现
4.4 实时软体模拟算法的关键技术与实现方法描述
4.4.1 有限元对象生成
4.4.2 约束求解器
4.4.3 铰链
4.5 吊索运动可视化模拟实现
4.5.1 物理模型构建
4.5.2 碰撞检测和碰撞处理
4.5.3 实时渲染
4.6 模拟测试结果和分析
4.6.1 实时性和稳定性测试
4.6.2 质量比测试
4.6.3 物理材质测试
4.6.4 交互性测试
4.7 本章小结
第5章 铁路救援起重机常见物理行为可视化模拟的应用和实现
5.1 铁路救援起重机模拟器视景仿真系统设计
5.1.1 铁路救援起重机模拟器原型概念机系统简介
5.1.2 系统功能需求分析
5.1.3 系统总体结构设计
5.2 救援起重机结构和机构分析
5.2.1 结构分析
5.2.2 机构分析
5.3 铁路救援起重机模型及虚拟救援工作环境构建
5.3.1 建模方法分析
5.3.2 渲染模型构建
5.3.3 碰撞模型构建
5.3.4 物理模型构建
5.3.5 虚拟救援工作环境构建
5.4 铁路救援起重机常见物理行为的可视化模拟实现
5.4.1 视景驱动
5.4.2 机构运动模拟
5.4.3 机构-吊索-负载运动模拟
5.4.4 碰撞接触、静止接触和摩擦模拟
5.5 模拟结果分析
5.6 本章小结
结论和展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文及科研情况
本文编号：3938706
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 起重机驾驶模拟器简介及国内外研究现状
1.2.1 起重机驾驶模拟器简介
1.2.2 国外研究现状
1.2.3 国内研究现状
1.3 课题的提出
1.4 课题的主要研究工作
1.5 论文的内容组织安排
第2章 基于约束方法的实时刚体模拟研究
2.1 概述
2.2 实时动力学理论
2.2.1 粒子动力学
2.2.2 刚体动力学
2.2.3 基于约束的多体系统动力学
2.3 碰撞检测
2.3.1 空间分割法
2.3.2 层次包围盒法
2.4 碰撞反应
2.4.1 碰撞接触
2.4.2 静止接触
2.5 动摩擦和静摩擦
2.6 本章小结
第3章 基于有限元模型方法的实时软体模拟研究
3.1 概述
3.2 连续介质力学
3.2.1 应变
3.2.2 应力
3.3 线性有限元系统
3.3.1 静态系统
3.3.2 动态系统
3.4 系统求解关键技术
3.4.1 Corotational公式
3.4.2 质量、阻尼和刚度矩阵求解
3.4.3 弹塑性
3.5 网格组合
3.6 本章小结
第4章 基于混合物理模型的柔性吊索模拟研究与实现
4.1 概述
4.1.1 早期研究工作
4.1.2 吊索模拟要求
4.2 吊索物理建模分析
4.2.1 上升、下降阶段
4.2.2 摆动阶段
4.3 基于有限元方法的实时软体模拟算法设计和实现
4.4 实时软体模拟算法的关键技术与实现方法描述
4.4.1 有限元对象生成
4.4.2 约束求解器
4.4.3 铰链
4.5 吊索运动可视化模拟实现
4.5.1 物理模型构建
4.5.2 碰撞检测和碰撞处理
4.5.3 实时渲染
4.6 模拟测试结果和分析
4.6.1 实时性和稳定性测试
4.6.2 质量比测试
4.6.3 物理材质测试
4.6.4 交互性测试
4.7 本章小结
第5章 铁路救援起重机常见物理行为可视化模拟的应用和实现
5.1 铁路救援起重机模拟器视景仿真系统设计
5.1.1 铁路救援起重机模拟器原型概念机系统简介
5.1.2 系统功能需求分析
5.1.3 系统总体结构设计
5.2 救援起重机结构和机构分析
5.2.1 结构分析
5.2.2 机构分析
5.3 铁路救援起重机模型及虚拟救援工作环境构建
5.3.1 建模方法分析
5.3.2 渲染模型构建
5.3.3 碰撞模型构建
5.3.4 物理模型构建
5.3.5 虚拟救援工作环境构建
5.4 铁路救援起重机常见物理行为的可视化模拟实现
5.4.1 视景驱动
5.4.2 机构运动模拟
5.4.3 机构-吊索-负载运动模拟
5.4.4 碰撞接触、静止接触和摩擦模拟
5.5 模拟结果分析
5.6 本章小结
结论和展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文及科研情况
本文编号：3938706
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3938706.html