第二类拉格朗日方程在无初速释放动力学问题中的应用

第二类拉格朗日方程在求解复杂动力学问题中有着广泛的应用,其特点是:只要求出系统在一般位置时的动能及相应于各广义坐标的广义力,经过程序化的求导运算就可获得控制系统的动力学方程。正是因为需要对系统的动能进行求导运算,第二类拉格朗日方程不能在系统的特殊位置求写系统的动能,而求写系统在一般位置时的动能很多情况下是一件不容易的事情,这正是应用拉格朗日方程的最大障碍。我们经过理论分析发现对无初速释放动力学问题,第二类拉格朗日方程提供了简便的求解途径。     

THE APPLICATIONS OF LAGRANGE’S EQUATION FOR THE DYNAMIC PROBLEMS OF VELOCITY-FREE RELEASE

第二类拉格朗日方程在求解复杂动力学问题中有着广泛的应用,其特点是：只要求出系统在一般位置时的动能及相应于各广义坐标的广义力,经过程序化的求导运算就可获得控制系统的动力学方程。正是因为需要对系统的动能进行求导运算,第二类拉格朗日方程不能在系统的特殊位置求写系统的动能,而求写系统在一般位置时的动能很多情况下是一件不容易的事情,这正是应用拉格朗日方程的最大障碍。我们经过理论分析发现对无初速释放动力学问题,第二类拉格朗日方程提供了简便的求解途径。     

从动能定理到第二类拉格朗日方程

 第二类拉格朗日方程是处理质系(尤其是多自由度、非自由质系)动力学问题的重要 理论基础，被列为理论力学多学时教学大纲的基本要求. 第二类拉格朗日方程的导出过程涉 及较多的数学变换，如何揭示这些抽象数学变换背后的物理意义成为教学的一个难点. 借鉴学生所熟知的动能定理，介绍一种在物理意义指导下逐步进行数学变换的讲授方法.     

贮腔类三维自由液面动力学问题数值研究

讨论了贮腔类三维自由液面动力学问题的数值研究,将任意的拉格朗日-欧拉运动学描述关系引入到系统的控制方程中,采用任意的拉格朗日-欧拉描述跟踪自由液面,推导了自由面上结点的法向矢量计算公式。采用Galerkin余量法推导了Navier-Stokes方程的空间离散有限元方程,采用三维自由液面上微分几何理论推导了表面张力计算公式。数值研究中考虑了接触角效应,最后进行了三维数值算例分析。     

实时测算阻尼比研究转动惯量

以``长摆线三线摆'为物理动力学模型, 采用拉格朗日第二类方程研究阻尼对工件 转动惯量测量的影响, 针对``振幅测量法'中很难测准摆幅幅值等实际问题,提出 一种``等弧--时间比法', 即通过计算悬盘在不同周期内、在相同位 置摆过相等圆弧所用时间比来计算系统阻尼比$\zeta$的方法, 提高外形尺寸较大 工件的转动惯量测量精度.     

哑铃式聚合物分子模型流变学数值研究

本文介绍了求解哑铃式分子模型位形空间分布函数扩散方程的数值方法,以及用这种方法计算的若干分子模型的流变性质。在通常情况下,将这一方法与求解流动守恒方程的边界元法相结合,便有可能用一个得不到本构方程的分子模型去代替连续介质力学本构方程,来模拟聚合物流体的复杂流动。本文还讨论了这一方法某些令人感兴趣的特点。      

驱动力矩受限下双臂空间机器人轨迹跟踪控制

讨论基座姿态、位置均不控的自由漂浮双臂空间机器人在关节驱动力矩受限下其关节协调运动的控制问题.运用拉格朗日第二类方程并耦合动量守恒关系建立动力学方程.尔后,设计了基于饱和函数的控制方案,该方案引入具有饱和特性的双曲正切函数来控制关节力矩幅值.最后,根据奇异扰动系统稳定性理论将系统分为降阶系统和边界层系统,分别利用李雅普诺夫函数证明其在原点呈指数稳定.数值仿真进一步表明该方案的有效性和优越性.     

TRAJECTORY TRACKING CONTROL FOR DUAL-ARM SPACE ROBOT WITH BOUNDED INPUT TORQUES

讨论基座姿态、位置均不控的自由漂浮双臂空间机器人在关节驱动力矩受限下其关节协调运动的控制问题. 运用拉格朗日第二类方程并耦合动量守恒关系建立动力学方程. 尔后,设计了基于饱和函数的控制方案,该方案引入具有饱和特性的双曲正切函数来控制关节力矩幅值. 最后,根据奇异扰动系统稳定性理论将系统分为降阶系统和边界层系统,分别利用李雅普诺夫函数证明其在原点呈指数稳定. 数值仿真进一步表明该方案的有效性和优越性.     

轴类共振试验系统的动力分析与设计

本文从对轴类共振试验系统应用拉格朗日方程建立运动方程.从而提出轴类共振试验系统的动力分析和动力设计方法.可以利用该方法正确地选取共振试验系统的基本结构和参数.本方法除适用于目前已广泛用于汽车另部件的共振试验设备以外,还可适用于一般机械另部件的共振试验系统.     

MOTION OF A HANGING CHAIN AFTER AN INITIAL HORIZONTAL IMPACT AT THE FREE END

悬链在自由端受到冲击后的瞬态响应,不仅是一个有趣的数学问题,同时也具有一定的工程意义.在拉格朗日动力学微分方程的理论框架下,引入广义冲量并利用第二类拉格朗日方程对悬链在自由端受水平冲击力后的动力学响应进行了分析,得到了计算每节链段角速度的统一公式. 应用该公式能够方便地求解不同初始条件下具有较多链段数目的悬链在冲击作用下的瞬态响应问题.     

推导拉格朗日方程时的若干问题——与李岚老师商榷

李岚老师在91年第3期《上海力学》上发表的“导出拉格朗日方程的一种新方法”一文中指出: “从牛顿的动力学基本方程能不能不通过动力学普遍方程,不用变分的概念而直接导出拉格朗日方程呢?本文作了新的尝试,基本思路是:(一)对于不受约束的自由质点,证明动力学基本方程F=ma的协变分量形式就是拉格朗日方程。(二)对于具有完整理想约束的质     

冲力情况下拉格朗日方程的应用特点

冲力情况下拉格朗日方程的应用特点宋福磐，黎邦隆（湖南大学，长沙４１００８２）冲力情况下的第二类拉格朗日方程在应用上有一些特点，在现有的教材和参考书中似未提及。笔者认为，无论是从教学需要还是从教材编写的角度着想，谈谈这些特点都是必要的。对于理想、完整系...     

冲力情况下拉格朗日方程的应用特点

冲力情况下拉格朗日方程的应用特点宋福磐，黎邦隆（湖南大学，长沙４１００８２）冲力情况下的第二类拉格朗日方程在应用上有一些特点，在现有的教材和参考书中似未提及。笔者认为，无论是从教学需要还是从教材编写的角度着想，谈谈这些特点都是必要的。对于理想、完整系...     

三相驱动下含两质量块刚体的平面运动

本文研究了一类含两个质量块的振动驱动系统在粘性摩擦下的平面运动,其中两个内部质量在相互垂直的水平槽道上作三相运动。利用第二类拉格朗日方程,建立了系统的动力学方程;其次,利用系统直线运动时的理论解,验证速度Verlet积分法的可靠性;利用这种算法分析了系统的平面运动,得到了内部驱动参数与系统运动轨迹、运动速度的关系;然后,基于数值分析结果,通过调节内部驱动参数,得到了系统在不同轨迹间的六种转换形式;最后,通过组合不同的转换形式,得到了曲率连续变化的平面运动路径。     

考虑端部质点的中心刚体-楔形梁系统动力特性研究

对带有端部质点的中心刚体-楔形梁系统的动力学特性进行了研究．楔形梁为Euler Bernoulli 梁,其宽度与高度随着长度方向改变．采用假设模态法对楔形梁的变形场进行离散,在考虑梁的横向和纵向变形以及由于横向弯曲而引起的纵向缩短量的条件下,运用第二类拉格朗日方程推导出系统的动力学方程,并编制动力学仿真软件．通过仿真算例对系统的动力学特性进行研究,结果表明：同等条件下梁的形状与有无端部质点对系统的刚柔耦合动力学响应以及系统频率的影响十分明显．因此采用楔形梁结构进行仿真更具实际意义且仿真结果更加精确．     

论庞加莱-契达耶夫方程

研究表明：庞加莱－契达耶夫正则方程是非正则变量下相当普遍的哈密顿方程．这表明，多余坐标下的广义拉格朗日方程和广义哈密顿方程（其阶数低于带有不定乘子的方程），以及准坐标下的欧拉－拉格朗日方程，都是庞加莱－契达耶夫方程的特殊情况；从而，可将其理论推广到上述系统．而且还研讨了庞加莱－契达耶夫方程在非完整系动力学中的应用问题．     

拉格朗日方程应用于弹性力学两例

本文运用第二类拉格朗日方程,推导出弹性体的平衡微分方程和弹性波的传播方程。1.平衡方程的推导为使表述简洁,以下采用张量表示法。弹性静力学中,弹性体的边界条件为     

拉格朗日方程应用于弹性力学两例

本文运用第二类拉格朗日方程,推导出弹性体的平衡微分方程和弹性波的传播方程。1.平衡方程的推导为使表述简洁,以下采用张量表示法。弹性静力学中,弹性体的边界条件为...     

径向基点插值法在旋转柔性梁动力学中的应用

将无网格径向基点插值法用于旋转柔性梁的动力学分析. 利用无网格方法对柔性梁的变形场进行离散,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类拉格朗日方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程. 将无网格径向基点插值法的仿真结果有限元法和假设模态法进行比较分析,说明假设模态法的局限性,并表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性,并讨论了径向基形状参数的影响. 同时运用3 种求解系统动力学方程的方法:纽马克方法、4阶龙格库塔法、亚当姆斯预报校正法,并比较各方法的计算效率, 结果表明纽马克方法最快.      

空间机器人执行器自适应分散容错控制算法设计

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基空间机器人系统,提出了一种自适应H_∞分散容错控制算法。利用拉格朗日第二类方程建立了系统的动力学模型。根据分散原理将系统分解为以基座或臂杆为单元的多个子系统,并将表示执行器控制能力的有效因子融入到每个子系统,使得单个子系统的执行器故障不会影响相邻执行器的正常运行。通过对每个故障子系统设计形式一致的自适应容错算法实现对整个系统的容错控制。仿真结果表明,与现有某非奇异终端滑模容错算法相比,本文算法具有更快的跟踪速度和更高的跟踪精度。