申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2021-04-29

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN113205858B

主分类号：G16C10/00

分类号：G16C10/00;G16C20/90

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2021.08.20#实质审查的生效;2021.08.03#公开

摘要：本发明一种模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型及方法，属于分子动力学技术领域；仿真模型包括压头、基体和弹簧，压头设置于基体正上方，两个弹簧分别沿Z向和Y向设置于基体的底部。模拟方法中，首先构建分子动力学仿真模型；然后对压头Y向和Z向施加强迫正弦振动，同时给压头施加水平速度Vs，在微正则系综下开始碰撞滑动摩擦；最后进行仿真计算，得到不同振动频率下压头与基体的位置坐标以及碰撞滑动过程中压头受到的摩擦力曲线。与传统研究振动的分子动力学模型相比，本发明模型更加贴近实际的工况条件，提高了模拟结果的准确性。

主权项：1.一种模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型的构建方法，其特征在于：所述模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型包括压头、基体和弹簧，所述压头为圆柱体结构，用于模拟铰链机构中轴的运动；所述基体为长方体结构，通过弹簧安装于压头的下方，用于模拟铰链机构中轴孔的随动；所述压头的轴向平行于基体顶面；所述弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧的轴向沿Z向设置，并垂直固定于基体底面中心，模拟铰链中Z向运动；所述第二弹簧的轴向沿Y向设置，并垂直固定于基体侧壁底边中心，模拟铰链中Y向运动；所述构建方法具体步骤如下：步骤一：依据铰链机构运动特性，在模拟软件中设置系统的边界条件，选取原子相互作用势函数；设定系统的初始条件，即初始位置和初始速度；并选定时间步长，构建分子动力学仿真模型；步骤二：通过在基体的Y向和Z向设置弹簧，实现基体随压头振动的随动状态；模拟颤振环境时，压头振动引起基体位置的变化，进而弹簧发生形变，将弹簧因形变产生的力均分施加于基体固定层的每一个原子上，能够模拟铰链机构中轴孔随轴的振动而产生的随动状态；所述第一弹簧和第二弹簧的刚度系数分别为K1、K2；所述弹簧因形变产生的力是：F＝K×X1-X0其中：K为弹簧的刚度系数，X0为基体初始质心位置，X1为运动过程中基体的瞬时质心位置；步骤三：压头Y向和Z向施加强迫正弦振动，同时给压头施加水平速度Vs，在微正则系综下开始碰撞滑动摩擦；模拟铰链机构的运动特性，将轴的无规则碰撞等效为圆柱体压头在Y向和Z向所施加的强迫振动的耦合，振动在Y向和Z向的振幅分别为Ay、Az；频率分别为fy、fz；同时将轴的旋转运动等效为压头沿基体表面的水平滑动；利用LAMMPS软件的fixmove命令给压头在Y向和Z向施加正弦强迫振动以及水平方向的滑动速度Vs，在微正则系综下开始碰撞滑动摩擦过程；依据步骤二中所设定的弹簧刚度K1、K2，根据以下公式计算得到基体Y向和Z向的固有频率： 其中：K为弹簧的刚度系数，M为基体的质量；改变压头的振动频率，根据步骤一中所设定的相关参数以及选取的系统内不同元素原子之间相互作用势函数，计算得到不同振动频率下，压头与基体的位置坐标以及在碰撞滑动过程中压头受到的摩擦力，进行颤振环境下的摩擦学研究的仿真分析；步骤四：对步骤三在微正则系综下进行的碰撞滑动摩擦过程进行分子动力学仿真计算，统计计算结果，得到不同振动频率下压头与基体的位置坐标以及碰撞滑动过程中压头受到的摩擦力曲线。

全文数据：

权利要求：

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