【技术实现步骤摘要】
模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型及方法
本专利技术属于分子动力学
，具体涉及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。
技术介绍
航天器在轨运行期间反复进出地球阴影，温度交替变化范围宽，且随轨道高度和季节等变化而变化，导致空间机构经受反复剧烈的温度交替，这种长期剧烈的温度交替使得材料内部积攒了大量内力，将导致机械结构的低频振动。且因空间微重力环境的存在，重力与其他作用力相比较小，航天机构易受摩擦力矩而发生抖动，且不会很快恢复至平衡位置，而是在平衡位置附近做无规则抖动，这将引起机构的颤振，导致碰撞摩擦，严重影响精密设备的运动和稳定性。对于地面环境而言模拟微重力较为困难，成本高，且实验的方式很难观测到动态摩擦过程，数值模拟方法成为解决这一问题的有效途径。分子动力学方法是目前应用广泛的计算复杂体系的方法，发展至今，研究学者建立了许多适用于不同材料体系的力场模型，极大地提升了计算复杂体系结构与热力学性质的能力及准确性，其模拟系统中粒子的运动具有了确定的物理依据。同时可获得系统的动态特性与热力学统计...
【技术保护点】
1.一种模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型，其特征在于：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；/n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。/n
【技术特征摘要】
1.一种模拟颤振环境铰链机构运动分子动力学仿真模型，其特征在于：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。
2.一种权利要求1所述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；
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；
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。
3.根据权利要求2所述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：所述步骤一中，构建分子动力学仿真模型的具体步骤如下：
步骤1：根据铰链机构的运动特性，在软件中建立模拟铰链机构的压头与基体模型；所述基体包括固定层、恒温层和牛顿层，将基体底部和X向的相对两侧a范围内的原子设置为固定层原子；将底部固定层上方的a范围内原子设置为恒温层原子，用以吸收摩擦过程中产生的热量；基体内其余原子设置为牛顿层原子；恒温层和牛顿层内的原子遵循牛顿第二运动定律；
步骤2：设定模拟区域X向和Y向为周期性边界条件，用以减小尺寸效应；
步骤3：通过系统内不同元素原子之间相互作用势函数，获得原子之间的相互作用；
步骤4：根据Maxwell-Boltzmann能量分布函数设定系统内所有原子的初始速度，从而建立压头和基体原子分配的初始速度，该速度对应于其各自平衡状态的温度；设定系统温度为300K，积分步长选择为1fs；
步骤5：完成步骤1-4的设定后，在正则系综NVT下，依据所设定系统内各原子的初始位置和初始速度，根据选取的势函数计算系统中各原子的势能、位置及速度，对压头和基体原子进行平衡约束，以使系统初始模型达到平衡状态；系统弛豫完成后，在微正则系综Microcanonical.NVE下对系统进行内部平衡态演化，使系统达到平衡状态。
4.根据权利要求3所述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...
【专利技术属性】
技术研发人员：佟瑞庭，王云峰，杜晶涛，王海伟，杨小辉，韩冰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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