动力学与控制论力学系统的自由度

力学系统的自由度定义源自描述系统位形的独立坐标数.在分析力学发展过程中,人们通过对非完整约束的研究,将其拓展为独立的坐标 变分数.本文指出,对于含非完整约束的力学系统,该定义存在不妥之处,给出的自由度会过度限制系统的力学行为.文中研究力学系统在状态空间中的可达流形,指出可达流形维数与描述系统动力学的一阶常微分方程组的最少未知函数个数一致,例如Gibbs-Appell方程与广义速度方程联立的未知函数个数,进而将可达流形维数的一半定义为系统自由度.通过含黏弹性支承的振动系统、在倾斜平面上运动的冰橇等案例,讨论了单个非完整约束导致的半自由度概念,指出其力学意义和与相邻整数自由度的关系.此外,文中还给出两个非完整约束导致系统减少一个自由度的案例,讨论了系统的切丛和余切丛维数.      

论力学系统的自由度

力学系统的自由度定义源自描述系统位形的独立坐标数.在分析力学发展过程中,人们通过对非完整约束的研究,将其拓展为独立的坐标变分数.本文指出,对于含非完整约束的力学系统,该定义存在不妥之处,给出的自由度会过度限制系统的力学行为.文中研究力学系统在状态空间中的可达流形,指出可达流形维数与描述系统动力学的一阶常微分方程组的最少未知函数个数一致,例如Gibbs-Appell方程与广义速度方程联立的未知函数个数,进而将可达流形维数的一半定义为系统自由度.通过含黏弹性支承的振动系统、在倾斜平面上运动的冰橇等案例,讨论了单个非完整约束导致的半自由度概念,指出其力学意义和与相邻整数自由度的关系.此外,文中还给出两个非完整约束导致系统减少一个自由度的案例,讨论了系统的切丛和余切丛维数.     

THE GENERALITY OF THE GENERAL EQUATIONS OF DYNAMICS 1)

理论力学中动力学普遍方程,在分析力学中称为d'Alembert--Lagrange原理。动力学普遍方程之普遍在于,由它不仅可导出动力学普遍定理,可导出完整约束系统和非完整约束系统的运动微分方程,还可导出积分变分原理。     

动力学普遍方程的普遍性——分析力学札记之三十一

理论力学中动力学普遍方程,在分析力学中称为d’Alembert–Lagrange原理。动力学普遍方程之普遍在于,由它不仅可导出动力学普遍定理,可导出完整约束系统和非完整约束系统的运动微分方程,还可导出积分变分原理。     

动力学普遍定理对非完整动力学的应用——分析力学札记之二十九

研究非完整动力学问题,可用理论力学方法或分析力学方法.理论力学方法用动力学普遍定理建立运动方程:分析力学方法用非完整动力学的各类方程来列写系统的运动方程.动力学普遍定理,特别是动量矩定理可以用于定点、质心或动点.有时对动点的动量矩定理比对定点的或质心的要简单得多.     

多体动力学的几何积分方法研究进展

动力系统的几何积分研究是近20年来工程计算领域非常活跃的方向.多体动力学方程(微分方程, 微分代数方程)是一类典型的动力系统,将其从Lagrange体系向Hamilton系统过渡,目的在于从欧氏几何过渡到辛几何形态, 将对偶变量引入到力学研究中,然后利用辛几何的数学框架对多体系统动力学方程进行数值计算,可以预知多体动力学系统的一些定性信息,并在数值离散时能保持这些定性性质特征,尤其在表示关键的物理意义时需要强调保持这些几何性质.简要介绍多体系统(无约束多刚体系统、完整约束多刚体系统和柔性多体系统)的Hamilton正则方程的建立和几何积分方法的构造,着重介绍了在多体动力学计算中非常有应用前景的高阶辛算法(合成辛算法、分裂合成辛算法和辛精细积分法)、多辛算法,以及广义Hamilton 系统与Lie 群积分方法等计算几何力学方法, 并对Lie群积分的投影方法、流形局部坐标法等方法进行了阐述.      

变形体非协调理论的理性理论

本文介绍Noll和Wang等人用理性力学观点建立的变形体非协调理论(即缺陷的连续统理论)。这理论表明,本构方程完全确定物质流形的几何结构。因而,几何结构是理论的自然结果,而不是作为理论出发点的最初假设。      

变质量可控力学系统中的Nielsen算子和Euler算子

1.引言变质量的非完整系统动力学和可控系统动力学是非完整系统力学的重要专题,变质量可控力学系统的研究也引起了人们的注意,本文将分析力学中有关Nielsen算子和Euler算子的结果推广到变质量可控力学系统,得到的主要理论结果是(3.1)和(3.2)式,     

力学微分原理的Riemann型及动力学方程组

本文用张量分析的方法,研究了完整及非完整系统。先引进基本空间及其切空间。然后,在两空间中,分别作出正则流形及Riemann空间。按Newton第二定律,导出力学微分原理:Lagrange-D'Alembert及Bertrand的Riemann型。由该型的两原理,导出完整与非完整系统的Lagrange第二类方程及Appell方程,以及它们的任意阶形式。(一)基本空间及其切空间 ...     

对动矩心的动量矩定理应用一例

<正> 匀质薄圆轮在重力作用下沿粗糙水平面滚而不滑的运动问题是非完整系统动力学中比较典型的一个例题.不少国内外分析力学教材都对这一问题进行了讨论.解决这一问题的一般方法是选取5个广义坐标ψ,θ,(?),x,z(图1),应用罗司方程写出5个带乘子的运动方程,再和系统的2个非完整约束方程联列,可以把5个广义坐标和2个乘子确     

非Четаев型非完整系统的Lie对称性与守恒量

研究非Четаев型非完整系统的Ｌｉｅ对称性．首先利用微分方程在无限小变换下的不变性建立Ｌｉｅ对称所满足的确定方程和限制方程，给出结构方程并求出守恒量；其次研究上述问题的逆问题：根据已知积分求相应的Ｌｉｅ对称性；最后举例说明结果的应用．     

具有可积微分约束的力学系统的Lie对称性

研究具有可积微分约束的力学系统的Ｌｉｅ对称性与守恒量。采用两种方法：一是用不可积微分约束系统的方法;另一是用积分后降阶系统的方法,研究两种方法之间的关系。     

Quasi-momentum theorem in Riemann-Cartan space

The geometric formulation of motion of the first-order linear homogenous scleronomous nonholonomic system subjected to active forces is studied with the nonholonomic mapping theory. The quasi-Newton law, the quasi-momentum theorem, and the second kind Lagrange equation of dynamical systems are obtained in the Riemann-Cartan configuration spaces. By the nonholonomic mapping, a Euclidean configuration space or a Riemann configuration space of a dynamical system can be mapped into a Riemann-Cartan configuration space with torsion. The differential equations of motion of the dynamical system can be obtained in its Riemann-Cartan configuration space by the quasi-Newton law or the quasi-momentum theorem. For a constrained system, the differential equations of motion in its Riemann-Cartan configuration space may be simpler than the equations in its Euclidean configuration space or its Riemann configuration space. Therefore, the nonholonomic mapping theory can solve some constrained problems, which are difficult to be solved by the traditional analytical mechanics method. Three examples are given to illustrate the effectiveness of the method.     

相空间中有二阶线性单面约束的非完整系统的Lie对称性与守恒量

研究相空间中有二阶线性单面约束的非完整系统的Lie对称性与守恒量。首先根据微分方程在无限小变换下的不变性建立Lie对称性所满足的确定方程和限制方程，给出结构方程和守恒量；其次讨论系统的Lie对称性逆问题。最后举一实例说明结果的应用。     

ROUTH’S EQUATIONS FOR GENERAL NONHOLONOMIC MECHANICAL SYSTEMS OF VARIABLE MASS

In this paper,Routh’s equations for the mechanical systems of the variable masswith nonlinear nonholonomic constraints of arbitrary orders in a noninertial referencesystem have been deduced not from any variational principles,but from the dynamicalequations of Newtonian mechanics.And then again the other forms of equations fornonholonomic systems of variable mass are obtained from Routh’s equations.     

包含伺服约束的非完整系统的对称性摄动与绝热不变量

建立包含伺服约束系统的运动微分方程,基于包含伺服约束系统对称性与不变量理论研究包含伺服约束系统的对称性摄动与绝热不变量 问题,提出了包含伺服约束系统的高阶绝热不变量概念,证明了精确不变量与绝热不变量存在的条件及形式,并举例说明结果的应用。     

变质量非完整系统的Lie对称性逆问题

本文研究质量非完整系统的Lie对称性逆问题：根据已知积分求相应的Lie对称性,具体研究了受Chetaev型和非Chetaev型非完整约束的变质量系统的Lie对称性逆问题。首先,根据Lie对称所满足的确定方程和限制方程,给出Lie对称的结构方程和相应的守恒量及其表达式;其次,由已知守恒量求出相应的Noether对称性;最后,根据Noether对称性求出相应的Lie对称性。     

Equivalence of Dynamics for Nonholonomic Systems with Transverse Constraints

This paper is concerned with the dynamics of a mechanical system subject to nonintegrable constraints. In the first part, we prove the equivalence between the classical nonholonomic equations and those derived from the nonholonomic variational formulation, proposed by Kozlov in [10–12], for a class of constrained systems with constraints transverse to a foliation. This result extends the equivalence between the two formulations, proved for holonomic constraints, to a class of linear nonintegrable ones. In the second part, we derive the nonholonomic variational reduced equations for a constrained system with symmetry and constraint transverse to a principal bundle fibration, using a reduction procedure similar to the one developed in [5]. The resulting equations are compared with the nonholonomic reduced ones through mechanical examples.     

Lie symmetries and conserved quantities of second-order nonholonomic mechanical system

The Lie symmetries and the conserved quantities of the second-order nonholonomic mechanical system are studied. Firstly, by using the invariance of the differential equation of motion under the infinitesimal transformations, the determining equations and the restriction equations of the Lie symmetries of the system are established, and the structure equation and the conservative quantities of the Lie symmetries are obtained. Secondly , the inverse problems of the Lie symmetries are studied . Finally , an example is given to illustrate the application of the result.