变结构多刚体系统的动力学问题

本文深入地研究了多刚体系统结构变化的动力学问题,建立下相应的数学模型,讨论了有关的数字仿真,并给出了一个算例,结果是满意的,对所论课题,本文工作同以往相比更准确完整,更便于计算机编程。     

多刚体系统接触碰撞动力学研究进展

简述了多刚体系统接触及碰撞动力学的研究方法,详细回顾了考虑库仑摩擦的多刚体系统的能量不协调、Painlev\'{e}疑难及碰撞恢复系数等该领域中难点问题的研究进展,探讨了解决该难点问题的研究思路,指出了未来该领域的研究方向.     

多刚体系统动力学的子系统递推法

本文采用递归推导并定义铰基矢阵得到以相对速度或伪速度表示的动力学方程。对非树系统利用回路转换矩阵及铰基矢阵自动建立约束方程,并用奇异值分解缩聚法得到以独立伪速度为变量的动力学方程。并导出递推计算公式便于程序执行。相应的通用程序SNERM已产生。     

树形多刚体系统的动力学普遍方程

本文继J.wittenburg,之后用图论的观点分析树形多刚体系统的结构,提出重叠子树结构的力学模型及脉络图定义,改进了增广体的概念从而使系统可以进行动力学等效分解。在规定一些符号及运算规则以后使用紧凑的矩阵形式导出树形多刚体系统动力学普遍方程组。在引进铰链矩阵以后系统的约束和运动学关系都写成矩阵形式,从而导出以广义坐标表出的动力学方程组,便于进行数值计算的程序设计。     

老树新枝——谈多刚体系统动力学

老态龙钟的百年古树抽新芽、长新枝,生机勃勃,使人耳目为之一新。科学领域中也有不少类似的现象,本文打算介绍一个实例。一、三种可积情形只是沧海一粟刚体力学古典理论的主要结果是在上一世纪取得的,当时的重点是研究单刚体定点运动。人们致力于寻求合适的运动参数;研究有限转动和运动学关系,动力学方程;以及讨论重刚体(主动力只有重力)的可积情形。     

非完整树形多刚体系统的动力学方程

本文用Jourdain-Bertrand原理及图论的一些基本概念,导出非完整树形多刚体系统的动力学方程.当约束是完整的,且广义坐标相互独立时,则得到Wittenburg 的动力学方程,最后也由该原理得到Kane 方程. ...     

多刚体系统动力学的研究现状和展望

多刚限系统动力学是近年来发展起来的一般力学新分支。其研究对象为多个刚体相互联系构成的复杂机械系统。已经建立的各种理论和方法旨在使经典力学与近代计算科学结合,以程式化地处理工程技术中的各种动力学问题。本文综述这门学科分支的研究现状及对今后发展的展望。     

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.     

多体系统动力学的高斯拘束分析方法

为研究高斯拘束原理下多体系统的动力学分析问题, 针对一类多体开环链状结构, 运用高斯拘束方法建立了动力学方程, 讨论了动力学方程的符号推导过程, 并给出了封闭形式的动力学方程解析表达式. 以刚性和柔性结构为例, 比较分析了不同分析方法、不同自由度下符号推导多体结构动力学方程的运算时间. 分析结果表明, 高斯拘束方法与传统的拉格朗日方法相比, 更适合于多体结构动力学方程的符号推导, 且结构自由度越高, 其运算优势越明显.高斯拘束方法为一种较好的多体系统动力学分析方法.     

多刚体系统分离策略及释放动力学研究

紧密连接的多刚体系统可在脱离运载航天器后在轨自主分离,无需多次利用航天器发射装置或在航天器中安装多个发射装置进行分离释放,从而有效提高运载航天器空间利用率,简化分离释放操作和降低碰撞风险.本文针对多刚体系统的在轨分离释放问题,研究在轨分离策略及释放过程动力学.首先,考虑刚体相对运动及姿态变化,基于虚功原理及自然坐标方法建立单个刚体的动力学模型.考虑多刚体系统在轨分离释放阶段的轨道运动和连接约束变化,计入分离时刚体间的相互作用,利用拉格朗日乘子法获得含连接约束的非线性动力学模型.考虑到实际工程应用,在多刚体系统分离释放阶段,通过安装在刚体间每个接触表面4个角上的弹射装置实现自主分离.其次,为保证分离过程中刚体之间无碰撞发生,规划了多刚体系统的分离时序,并基于不同弹射方向及分离顺序设计了两种分离释放方案.最后,通过算例研究分析了在轨分离释放过程中刚体的非线性动力学行为,验证了分离释放方案的有效性.     

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。     

基于高斯原理的多体系统动力学建模

基于高斯最小拘束原理,以释放中的绳系卫星为背景,建立地球引力场内变长度大变形柔索联系的多体系统动力学模型. 利用基尔霍夫动力学比拟方法将柔索的变形转化为刚性截面沿中心线的转动,使包含刚性分体与变形体的刚柔耦合系统转化为由柔索的刚性截面与刚性分体组成的广义多刚体系统. 由于刚性截面的局部小变形沿弧坐标的积累不受限制,适合描述柔索的超大变形. 文中对此刚柔耦合多体系统导出其在地球引力场中的拘束函数,考虑各分体在空间中相对位置的几何约束条件,利用拉格朗日乘子构成以条件极值问题为特征的数学模型. 将高斯原理用于多体系统动力学的建模,其特点是以寻求函数极值的变分方法代替微分方程,通过数值计算直接得出运动规律. 其形式统一,不随系统拓扑结构的变化而改变,也无需区分树系统或非树系统.对于带控制的多体系统,动力学分析还可根据技术需要与系统的优化结合进行.      

刚体单元及其在多体系统动力学中的应用

多体系统动力学分析软件要求人工输入形状复杂物体的质量、质心位置和转动惯量,而实际上这些参量并不容易获得。本文探索了一种以组成物体的刚体单元为基本要素的新方法,并结合实际需要具体构造了刚性四面体和刚性梁单元。以刚体单元为基础并内嵌网格剖分模块的分析软件能够自动获得这些参数,从而具备处理任何复杂系统的能力。仿真结果的对比分...     

含摩擦滑移铰平面多刚体动力学的HLCP方法

给出了一种基于水平线性互补问题(HLCP)的双边约束滑移铰含摩擦平面多刚体系统动力学的数值计算方法.首先从系统的约束方程出发建立了每个双边约束中两个约束面的法向约束力的互补关系;并利用摩擦余量的概念给出了库仑摩擦定律的互补表达式.然后针对事件驱动算法将该类非光滑多体系统动力学方程中双边约束中法向约束力切换和系统"stick-slip"运动状态切换的判断统一成HLCP的求解,通过定义一组变维数矩阵给出了HLCP形式的一般表达式,便于编程计算.最后通过一个两自由度多体系统的算例验证了该方法的有效性.     

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...     

退旋刚体的动力学解释

退旋刚体是一种特殊的非对称刚体,它在粗糙平面上绕垂直轴朝某个特定方向旋转时会迅速停止此旋转,同时绕水平轴发生摆动,继而转变为倒退旋转。如果令刚体绕某水平轴摆动,则会迅速转变为绕垂直轴的旋转运动。本文对退旋刚体的奇异现象提出一种动力学解释,分析结果与实验现象和数值计算结果一致。     

树形带球铰的多刚体系统动力学方程的建立方法

本文提出了一种建立树形带球铰多刚体系统动力学方程的新方法,运用约束系统动力学研究成果,提出了广义刚体的概念以代替多刚体系统的子系统,并借助于广义刚体的不断扩充,求得了多刚体系统动力学方程建立的递推方法,该方法简单直观,几何概念清楚,并允许多刚体系统的扩充,且便于进行计算机符号处理。