含摩擦铰的柔性多体系统接触碰撞动力学问题的研究文献综述

 2022-11-16 08:11

文 献 综 述

一、研究意义

众所周知,多体系统动力学是研究多体系统运动规律的科学。和力学专业本科阶段以刚体为研究对象的《理论力学》,和以可变形物体为研究对象的《材料力学》不同,多体系统动力学的研究对象是,由若干个柔性和刚性物体相互连接的系统的运动规律的科学,其中又有多刚体系统动力学和多柔体系统动力学之分。

这些力学领域专业学科细分化的缘由,是近代以来社会生产力进步的缘故,特别是计算机诞生以来,力学学科与计算机强大的计算能力相结合,人们由力学知识如拉格朗日方程等分析力学方法、牛顿-欧拉方程等矢量学方法、图论方法、凯恩方法和变分方法,用计算机强大的计算能力进行数目庞大的计算。

建立力学模型、数学模型,将实际问题与计算机紧密联系,而建模大致可分为两类,绝对坐标方法和相对坐标方法。本次课题将要采用的方法便是前者,绝对坐标方法。

这次课题的研究对象为柔性多体系统,这具有深刻的现实意义。由于材料体型大、质地轻巧等特点,柔性多体系统的研究便能在很多领域得到充分应用,如在航天方面,包括人造卫星天线,航天飞机末端操作器,大型空间站。也包括如车辆转向系统,内燃机的配气机构等。

卫星柔性太阳帆板,其帆板伸展尺度为本体数倍、甚至十几倍,这时的研究对象自然不是刚体,而是可变形的柔性体。而对某些机械行业来说,如汽车行业,人们需要很快的速度,更好的精度,更轻的质量,更低的能耗等。这一切都需要用柔性多体动力学来分析,不论是以惯性系下的绝对坐标方法来分析,还是以借助于某一“中介”动系予以相对分析,其目标都是建模,由计算机来完成数目巨大的计算。

研究表明基于小变形、小转动假设的传统柔性多体系统建模方法,不能得到这些柔性多体系统动力学问题的精确结果。绝对节点坐标方法的诞生开创了多体系统动力学研究的新时代。它促使多体系统动力学理论与有限元理论进一步整合,基于绝对节点坐标的梁、板、壳单元均为等参单元,基于绝对节点坐标方法推导建立的多体系统动力学方

程具有常数系统质量矩阵、不存在科氏力和离心力项,能精确的描述柔性系统的刚性运动。以上这些特点使绝对节点坐标方法比传统方法更能精确的描述多体系统动力学问题特别是柔性大变形、大转动系统动力学问题。

综上所述,柔性多体系统的相关研究,从航空航天到日常社会生产,都有着广泛的价值,有着巨大的理论意义和应用意义。

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