多刚体系统动力学的旋量-矩阵方法

本文将经典力学中的旋量概念以矩阵形式表示,用以建立多刚体系统的动力学方程。这种旋量-矩阵方法能保留旋量融矢量与矢量矩于一体的优点,却避免以往对偶数记法的缺点。结合 Roberson/wittenburg的图论工具,旋量-矩阵方法的应用范围可扩大到一般多刚体系统。对于树形系统,利用旋量通路矩阵推导各个由第i铰联结的全部外侧刚体组成的第i子系统的动力学方程,可避免出现铰的约束反力,对于非树系统,则利用回路矩阵导出各子系统动力学方程及运动学相容条件,全部计算过程统一为矩阵运算,以操作机器人作为具体算例。     

刚体动力学的拟变分原理及其应用

为了适应航天事业发展的需要,极有必要开展多柔体系统的理论分析.作为应用非保守系统的拟变分原理进行多柔体动力学的理论分析的组成部分,研究了刚体动力学的拟变分原理及其应用:建立了刚体动力学的拟变分原理,推导出刚体动力学的拟变分原理的拟驻值条件; 建立了刚体动力学的广义拟变分原理,说明了应用广义拟变分原理求得问题的解析解和数值解的途径; 最后,借助算例说明了应用变分方法来研究刚体动力学问题的优越性.      

多刚体系统的Kane方程

本文从理论上探讨了多刚体系统在受有任意阶非线性、非完整约束下Kane方程的具体形式。为建立复杂的多体系统的动力学方程,提供了理论依据和方法。     

多刚体系统动力学的正则方程及数值解法

本文研究了多刚体系统动力学的正则方程,并由此论证了多刚体系统动力学方程的运动稳定性态.在比较不同数值积分方法的基础上,得出结论:基于正则方程的数值积分方法能较好地保证计算精度.     

完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学

用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点．导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统的动量和动量矩的解析式，给出与之对应的广义惯量矩阵概念，建立无力矩状态下用完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学的一阶微分方程组，用于多体航天器的姿态运动分析     

时变边界的变质量刚体的动力学方程

讨论一类变质量刚体（即在其边界与外部进行质量交换,从而具有时变边界）的动力学问题,并建立了时变边界的刚体动力学普遍方程。     

弹性联系的多刚体系统动力方程

本文使用旋量与图论概念相结合的方法建立弹性联系的树形多刚体系统的普遍动力学方程。此方程也适用于讨论构件之间无刚体位移的弹性结构物的运动。采用旋量的矩阵记法使全部计算过程具有统一的矩阵形式及程式化步骤。以带偏心飞论及太阳翼的弹性结构卫星作为具体算例。弹性联系的多刚体系统是带挠性附件的航天器或考虑弹性变形的机构、机械手及其它工程对象的动力学模型。系统内的主要构件仍作为刚体,结构弹性只由联接铰的弹性变形所体现。近代航天器常带有许多可动部件,考虑联接铰的弹性变形后,系统的自由度变得十分庞大,按传统的拉格朗日方建立动力学方程,其计算过程适于繁琐而难以采用。除以一般多刚体系统为对象的Kane方法及Roberson—Wittenburg方法以外,本文提出将旋量与图论概念相结合的方法应用于弹性联系的树形多刚体系统,建立其普遍动力学方程。以带偏心飞轮及太阳翼的弹性结构卫星作为具体算例,并与Kane方法进行比较。     

四元数在刚体与多刚体系统力学中的应用

本文简要地介绍了四元数在刚体与多刚体系统力学中的应用.主要有下列内容:四元数(欧拉参数)的简单介绍;在刚体有限转动理论方面的应用;四元数形式的刚体定点运动的运动学方程与动力学方程;多刚体系统四元数关联矩阵的构造;四元数形式的多刚体系统运动学方程与动力学方程.     

弹性杆-刚性体系统动力学分析的广义逆矩阵方法

将多刚体系统的广义逆矩阵方法推广到含弹性杆与刚性体的混合系统的动力学分析中,建立了以节点坐标表示的基于全局惯性坐标系的刚体-柔性体混合系统动力学方程.首先以两端节点坐标为变量推导了弹性杆的动力学方程,以刚性体节点坐标为变量推导了刚性体节点速度约束方程和刚性体动力学方程,最后得到弹性杆与刚性体混合系统的动力学方程和速度约束方程.本方法在同一个惯性坐标系对刚柔多体系统进行描述,具有方法简洁、便于计算建模的特点.论文最后给出两个数值算例,检验了方法的有效性.     

关于刚体系统碰撞问题的动力学普遍定理解法

关于刚体系统碰撞问题的动力学普遍定理解法黎邦隆，黎之奇（湖南大学，长沙４１００８２）（中科院力学所，北京１０００８０）对较复杂的刚体系统的碰撞问题，一般都用冲力情况下的拉格朗日方程解答．因为通常都认为，用动力学普遍定理，就要将系统拆开，于是导致各刚体...     

考虑弹簧阻尼作动器解析雅可比矩阵的多刚体动力学分析

弹簧-阻尼-作动器(spring-damper-actuator,SDA)是多体系统中常见的力元,在工程领域中有着广泛的应用.采用绝对坐标方法建立的多体系统动力学控制方程通常是复杂的非线性微分-代数方程组.为了保证数值解的精度和稳定性,通常需要采用隐式算法求解动力学方程,而雅可比矩阵的计算在隐式数值求解过程中至关重要.对于含有SDA的多体系统,SDA造成的附加雅可比矩阵是与广义坐标和广义速度相关的高度非线性函数.目前的很多研究工作专注于广义力向量的计算,然而对附加雅克比矩阵的计算则少有关注.针对含SDA的多刚体系统进行动力学分析,首先基于Newmark算法研究其在动力学方程求解中的雅可比矩阵的构成形式;然后推导SDA的广义力向量对应的附加雅可比矩阵,其中包括广义力向量对广义坐标和对广义速度的偏导数矩阵.最后通过两个数值算例研究附加雅可比矩阵对动力学分析收敛性的影响;数值分析表明:当SDA的刚度、阻尼和作动力数值较大时,SDA导致的附加雅可比矩阵对数值解的收敛性有重要影响;当考虑SDA对应的附加雅可比矩阵时,动力学分析可以以较少的迭代步实现收敛,从而减少分析时间.     

THE SOLUTION FOR THE GENERALIZED RICCATI ALGEBRAIC EQUATIONS OF LINEAR EQUALITY CONSTRAINT SYSTEM

I.IntroductionTheestablishmentofanalogytheorybetweencomputationalstructuralmechanicsalldoptimalcontrolisbasedonthesubstructuralchaintheoryinstructuralmechanicsandthelillearquadratic(LQ)controlprobleminoptimalcontrolllJ.Whendealillgwiththecontrolproblenlbyapplyingtheabovethe.ry,wecanrealizetheadvantagesofmethodsinstrLlcturalInechanicsl2'3].Howevermostworkhasbeenlimitedtothenon-constraintsystemandlittleworkhasbeendonefortheconstraintsystemsofLlr.InRef.I4],basedonthegeneralizedvariationalprin…     

Birkhoff系统的一类积分不变量的构造

分别建立了自由Birkhoff系统和约束Birkhoff系统的非等时变分方程,并且利用系统的Birkhoff方程及其非等时变分方程证明,可由第一积分直接构造该系统基于非等时变分的一类积分不变量。文中,举例说明结果的应用。     

空间展开折叠桁架结构动力学分析研究

本文以笛卡尔坐标系下节点自然坐标为未知量,建立了桁架结构系的基本运动力学方程,并首次推导出桁架结构中常用节点附加几何约束方程,相应约束Jacobi矩阵及其导数矩阵,采用奇异值分解法求约束Jacobi矩阵的零空间基和M-P广义逆,并由矩阵缩减法建立了带约束桁架体系的运动力学方程和求解方法。数值算例表明该方法适于可展折叠桁架结构运动力学分析。     

流固耦合系统动力响应的模态分析理论

本文建立了流固耦合系统动力响应的模态分析理论.首先,从系统的位移-速度势型有限元方程出发,导出了一对具有三个实对称矩阵的广义特征值问题以及两者的相互关系.然后,建立了模态矢量之间的广义正交关系,并通过模态展开,获得了系统对外界激励的响应的封闭解.作为示例,最后给出了两个具体问题的解答.     

An Augmented Formulation for Mechanical Systems with Non-Generalized Coordinates: Application to Rigid Body Contact Problems

In computational multibody algorithms, the kinematic constraintequations that describe mechanical joints and specified motiontrajectories must be satisfied at the position, velocity andacceleration levels. For most commonly used constraint equations, onlyfirst and second partial derivatives of position vectors with respect tothe generalized coordinates are required in order to define theconstraint Jacobian matrix and the first and second derivatives of theconstraints with respect to time. When the kinematic and dynamicequations of the multibody systems are formulated in terms of a mixedset of generalized and non-generalized coordinates, higher partialderivatives with respect to these non-generalized coordinates arerequired, and the neglect of these derivatives can lead to significanterrors. In this paper, the implementation of a contact model in generalmultibody algorithms is presented as an example of mechanical systemswith non-generalized coordinates. The kinematic equations that describethe contact between two surfaces of two bodies in the multibody systemare formulated in terms of the system generalized coordinates and thesurface parameters. Each contact surface is defined using twoindependent parameters that completely define the tangent and normalvectors at an arbitrary point on the body surface. In the contact modeldeveloped in this study, the points of contact are searched for on lineduring the dynamic simulation by solving the nonlinear differential andalgebraic equations of the constrained multibody system. It isdemonstrated in this paper that in the case of a point contact andregular surfaces, there is only one independent generalized contactconstraint force despite the fact that five constraint equations areused to enforce the contact conditions.     

飞机壁板结构的动特性分析与计算

本文以“修正的变分方法”为基础推导了一种新的飞机壁板结构动力分析方法.该法不需要将结构理想化或离散化而直接对复杂的飞机壁板结构进行特征分析或响应分析,方法的实质是将一个复杂结构划分为一个参考结构和一些附加结构,而把这些附加结构视为作用在该参考结构上的广义力,这些广义力由系统能量的变分求得.同时,本文还将有限条法与各向异性壳法相结合,发展了新的有限条分析方法.文中通过固有频率的计算,对这种方法的计算精度和应用场合等问题进行了讨论.     

ON THE REFINED FIRST-ORDER SHEAR DEFORMATION PLATE THEORY OF KARMAN TYPE

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｕｓｅｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｔｈｉｎ＿ｗａｌｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｏｔｈａｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｓｈｅａｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄａｎｄｉｎｖｏｋｅｑｕｉｔｅｃｏｍｐｌｅｘｅｓｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｔｉｓｗｅｌｌ＿ｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｐｌａｔｅｓａｎｄｓｈｅｌｌｓｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒｔｒ…     

计及热应变的空间曲梁的刚-柔耦合动力学

研究带中心刚体的作大范围运动的空间曲梁的刚-柔耦合动力学.结合混合坐标法和绝对坐标法的特点,取与中心刚体大范围运动有关的变量和柔性梁各单元节点相对中心刚体连体基的位移和斜率作为广义坐标,建立了一种新的柔性梁的刚柔耦合模型.基于精确的应变和位移的关系式,根据Jourdian速度变分原理,建立了带中心刚体柔性曲梁的有限元离散的动力学方程.数值对比了空间曲梁系统和空间直梁系统的刚柔耦合动力学性质,用能量守恒规律验证了文中曲梁模型的合理性.在此基础上,在应变能中计及热应变,研究温度增高引起的曲梁的热膨胀对系统的动力学性态的影响.