【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种柔性恒力夹持机构领域的技术，具体是一种柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法。
技术介绍
1、被动式柔性恒力夹持机构拥有优秀的弹性变形能力和恒力输出特性。但因其结构较强的非线性，在构型的设计与分析过程中，传统增量迭代方法难以完成恒力区段的变形分析检测，存在迭代失效与计算效率低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，面向长位移施加下的结构非线性变形问题进行针对性建模求解，对恒力夹持机构特有的恒力段加载进行基于位移增量的迭代分析，通过可视化制图为受载分析提供接口，能够以简单的参数设置，对类似算例进行快速便捷的问题建模，并得到具有较高精度的结构变形情况及力-位移输出特性结果。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，通过构造待测柔性恒力夹持机构的二维网格模型后，根据边界约束条件和载荷设置，生成基于超弹性材料mooney-rivlin二阶应变能函数模型并初始化模型参数；基于连续体静平衡状态下的虚功原理离散化方程，采用基于位移增量迭代的位移控制法，循环地对载荷施加的作用点，即控制点进行位移施加处理并求解相应的非约束点的位移增量后，再对节点位置坐标和模型系数进行更新，直至满足收敛准则；最终得到符合平衡方程的节点变形解，并对过程的节点位移、内应力等数据进行处理和图表绘制。
4、所述方法包括：>
5、步骤1，初始化二维模型，根据待测柔性恒力夹持机构的几何构型设置模型的长和宽，为模型划分细小方形的单元，并创建关于单元节点位移值和内力值的向量，且均初始化为0；步骤2，为单元横纵方向自由度进行编号，根据其与方形单元的连接关系以及其空间分布，批量生成单元格与所含节点的对应表和节点的初始坐标表，具体为：{x1，y1，...，x4，y4}＝(2n+1)*1+{0，1，2*nely+{2，3，0，1}，-2，-1}，{x1，y1，...，x4，y4}＝{nx，ny；nx+l，ny；nx+l，ny+l；nx，ny+l}，其中：xi，yi为以左下节点起始逆时针遍历的第i个节点的横纵自由度编号，n为单元序号，1为长度等于8的全1向量，nely为结构竖直方向的网格数；xi，yi为以左下节点起始逆时针遍历的第i个节点的坐标值，nx和ny分别为单元左下节点的横纵坐标值，l为方形网格边长。
6、步骤3，设置待测柔性恒力夹持机构的边界约束、所受位移载荷的施加点和位移施加方向；
7、步骤4，通过应用mooney-rivlin二阶材料模型，对待测柔性恒力夹持机构构建超弹性材料应变能模型，具体为：其中：ji为网格形变的右柯西-格林形变张量c＝ftf的不变特征量，a10、a01以及k为材料相关的参数常量，形变张量其中：x与y分别为节点相对初始位置的横纵位移值，x与y为节点的初始横纵坐标值。
8、步骤5，初始化求解算法的载荷系数λ以及输入位移值x；
9、步骤6，初始化迭代所需的理想迭代次数jd以及迭代平滑系数γ；
10、步骤7，根据本轮迭代中待测柔性恒力夹持机构的变形情况，计算出各单元的线性位移-应变矩阵bg以及非线性位移-应变矩阵bn，并由此计算出各单元的单元刚度矩阵，最终组装成机构当前变形下的整体刚度矩阵ke，具体为：选择插值点为变形后单元映射到四顶点(-1，-1)，(1，-1)，(1，1)，(-1，1)参考网格中的(±0.57735，±0.57735)四个点ni，并根据方形单元几何映射关系得到线性插值函数ni使得ni(nj)＝δij当i＝j时值为1；线性位移应变矩阵bg中有列向量其中：j＝mod(k，2)，k＝1，...，8。非线性位移应变矩阵列分量为其中：i＝mod(k，2)，nj，x为插值函数ni对x分量的偏导值；最终将各单元刚度矩阵的分量根据步骤2生成的节点标号进行对应相加可得整体刚度矩阵。
11、步骤8，以一次位移施加作为新一轮，每轮内首次迭代仅对控制点进行位移施加，其余非约束自由点不作更新，每轮首次迭代后控制点位移保持不变；
12、步骤9，保持控制点的位移不变，求解出本次迭代中非约束点的位移增量，对节点位置坐标和载荷系数λ进行更新，具体为：非约束点位移增量δd＝δλ·δdb+δda，其中：δλ为参考载荷系数的增量，δdb为以当前结构刚度对参考载荷p的修正，δda是以当前结构刚度对残差r的修正，通过上步迭代结果计算所得的内外力残差值r＝fext-fint，fext为参考载荷系数与参考载荷的乘积作为外力向量，fint为节点变形后的内力向量，通过单元应力向量与非线性位移应变矩阵相乘并对应相加所得。
13、步骤10，计算更新后模型内力值与所施加外力的残差向量r；
14、步骤11，判断达到收敛判断准则时则转到步骤9；否则进一步判断当控制点达到目标位移值时则转到步骤12，否则记录本轮经历的迭代次数j、节点变形情况和输出力值，并转到步骤7；
15、所述的收敛判断准则是指：节点平均误差小于所设阈值，即其中：ne为总模型总节点数，tol为收敛阈值，取值为1*10-4。
16、步骤12，根据过程记录的节点变形情况以及控制点的输出力值，绘制结构变形应力分布图以及位移加载过程的力-位移关系图用作分析。
17、本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：网格生成单元、整体刚度矩阵搭建单元、变形求解单元以及变形结果可视化单元，其中：网格生成单元根据设定网格数量和分布以及单元大小信息，批量顺序生成单元节点与对应节点坐标，用于后续计算；整体刚度矩阵搭建单元根据输入的节点变形信息，结合材料参数模型计算对应单元刚度矩阵，并根据节点连接关系组装得到夹持机构当下变形的整体刚度矩阵；变形求解单元根据每轮控制点的施加位移，对其余待求节点位移及输出力进行迭代求解，得到本轮加载后的变形结果；变形结果可视化单元根据迭代完成后的节点信息及单元刚度矩阵，计算出单元内的应力并将单元变形结果与应力分布进行图表绘制后以可视化方式呈现。
18、技术效果
19、本专利技术针对长位移载荷下的非线性有限元的位移控制法迭代求解变形分析，类比为一般的微分方程求解问题，仅需微分方程一阶精度求解方法的计算量，并有着接近二阶精度方法的变形分析精度，且在机构最大应变达到50％的情况下拥有10％以上的计算精度提升。
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1.一种柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征在于，通过构造待测柔性恒力夹持机构的二维网格模型后，根据边界约束条件和载荷设置，生成基于超弹性材料Mooney-Rivlin二阶应变能函数模型并初始化模型参数；基于连续体静平衡状态下的虚功原理离散化方程，采用基于位移增量迭代的位移控制法，循环地对载荷施加的作用点，即控制点进行位移施加处理并求解相应的非约束点的位移增量后，再对节点位置坐标和模型系数进行更新，直至满足收敛准则；最终得到符合平衡方程的节点变形解，并对过程的节点位移、内应力等数据进行处理和图表绘制。
2.根据权利要求1所述的柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征是，具体包括：
3.根据权利要求2所述的柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征是，所述的收敛判断准则是指：节点平均误差小于所设阈值，即其中：NE为总模型总节点数，Tol为收敛阈值，取值为1*10-4。
4.一种实现权利要求1-3中任一所述方法的柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测系统，其特征在于，包括：网格生成单元、整体刚度矩阵搭建单元、变形求解单元以及
...【技术特征摘要】
1.一种柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征在于，通过构造待测柔性恒力夹持机构的二维网格模型后，根据边界约束条件和载荷设置，生成基于超弹性材料mooney-rivlin二阶应变能函数模型并初始化模型参数；基于连续体静平衡状态下的虚功原理离散化方程，采用基于位移增量迭代的位移控制法，循环地对载荷施加的作用点，即控制点进行位移施加处理并求解相应的非约束点的位移增量后，再对节点位置坐标和模型系数进行更新，直至满足收敛准则；最终得到符合平衡方程的节点变形解，并对过程的节点位移、内应力等数据进行处理和图表绘制。
2.根据权利要求1所述的柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征是，具体包括：
3.根据权利要求2所述的柔性恒力夹持机构位移输入下的变形检测方法，其特征是，所述的收敛判断准则是指：节点平均误...
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