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。     

导出拉格朗日方程的一种新方法

本文以曲线坐标张量和位形空间概念,直接从动力学基本方程,导出第二类拉格朗日方程。它说明,第二类拉格朗日方程实际上就是牛顿第二定律的协变分量形式,对于质点系可以变换成位形空间的一个位形点加以讨论。     

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．     

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     

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.     

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.     

火炮多体动力学相似模型分析

本文给出了火炮发射运动的多刚体系统动力学模型，运用拉格朗日方法建立了动力学方程；应用相似理论建立了原型和模型的动力相似关系，通过数值计算、实弹试验验证了相似模型的正确性     

基于辛Runge-Kutta方法的棋盘形褶皱二维薄膜-基底结构动力学特性研究

基于力学屈曲原理的褶皱薄膜-基底结构已成功应用于制备可延展无机电子器件。然而,该类电子器件在应用时需要服役于复杂动态环境中,针对棋盘形褶皱薄膜结构的动力学问题鲜有研究,此问题又是该类电子器件走向实际应用需要解决的关键问题之一。本文首先采用能量方法,分别计算了二维薄膜的弯曲能、膜弹性能和柔性基底中的弹性能以及薄膜动能;然后采用拉格朗日方程,推导出了该结构的振动控制方程;而该方程为非线性动力学方程,无法给出其解析解;因此,本文采用辛Runge-Kutta方法对其进行数值求解;数值结果表明,辛数值方法具有长期稳定的特性和系统结构特性,为高精度的可延展电子器件的动力学问题研究提供了优异的数值方法。     

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.     

读者·作者·编者

本刊13卷3期(1991年)的《拉格朗日方程在机电系统中的应用》一文中,只刊登了力学系统和电路的比拟部分,原稿中还有拉格朗日方程部分.该文内容与国内外教科书中已有内容有所重复.这是我们工作     

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...     

读者·作者·编者

<正> 本刊13卷3期(1991年)的《拉格朗日方程在机电系统中的应用》一文中,只刊登了力学系统和电路的比拟部分,原稿中还有拉格朗日方程部分.该文内容与国内外教科书中已有内容有所重复.这是我们工作     

考虑附加质量的中心刚体-柔性梁系统的动力学特性研究

对有附加质量的中心刚体-柔性梁系统的动力学特性进行了研究。柔性梁为等截面的Euler Bernoulli梁,针对柔性梁变形场使用假设模态法进行了离散,并运用第二类拉格朗日方程推导出系统的动力学方程后,采用Matlab编制了动力学仿真软件。首先讨论了附加质量对系统的固有频率与振型的影响,其次讨论了在大范围运动已知和未知的条件下,不同位置附加质量的中心刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性,对带有附加质量的中心刚体-柔性梁系统的中心刚体转角、梁末端位移响应以及中心刚体角速度的仿真结果进行了分析。结果表明:附加质量从柔性梁固定端向自由端移动时,柔性梁前五阶固有频率近似地呈现周期性变化;附加质量所处位置的不同,对于系统的刚柔耦合动力学响应以及系统振型的影响十分明显。     

车辆纵向非光滑多体动力学建模与数值算法研究

在建立车辆纵向多体系统的动力学模型中, 将车身与车轮视为刚体, 两者通过减振器链接; 将传动系统视为一个圆盘通过扭簧和阻尼器与驱动轮连接; 将车轮与路面间的接触力简化为法向约束力、摩擦力和滚阻力偶,其中摩擦力的模型采用库仑干摩擦模型. 采用笛卡尔坐标作为该系统的广义坐标用于描述该系统的位形, 给出系统单双边的约束方程, 应用第一类拉格朗日方法建立了系统的动力学方程. 由于摩擦与滚阻的非光滑性, 使得该系统动力学方程不连续. 为便于计算, 建立了车轮与路面接触点的相对切向加速度与摩擦力余量的互补条件、车轮角加速度与滚阻力偶余量的互补条件, 以及车轮轮心法向加速度与路面法向约束力的互补条件. 将接触—分离、黏滞—滑移的判断问题转化成线性互补问题的求解, 并给出了具有约束稳定化的基于事件驱动法的数值计算方法. 最后, 应用该方法对车辆纵向多体系统进行了仿真, 分析了输出扭矩、摩擦及滚阻系数对其动力学行为的影响.      

关于拉格朗日方程循环积分的讨论

作为《理论力学》课程的教学内容之一,教材中一般都给出了拉格朗日方程存在循环积分的充分条件.若拉格朗日函数中不显含某些广义坐标(称为循环坐标),则对于保守系统,对应于循环坐标的广义动量守恒.给出了非保守动力学系统的拉格朗日方程存在循环积分的条件,并用教材中常用的算例讨论了广义动量守恒的物理含义.结果表明用拉格朗日方程的循环积分比用动量定理和动量矩定理更容易找到系统的守恒量.     

多关节机械臂系统非线性动力学分析

针对工程机械臂的非线性振动,研究了系统因周期运动失稳而产生Hopf分岔问题．工程机械臂在建模时往往忽略非线性因素,然而在特殊场合下非线性的影响不可忽略,本文利用拉格朗日法建立了新的非线性两关节机械臂系统的两自由度动力学方程,采用多尺度法对机械臂系统模型进行了求解,对系统发生主共振时的动力学行为进行了分析讨论．结果表明所求得的近似解析解与数值解具有较好的吻合性,同时由于系统方程中非线性项的影响,随着激励幅值与激励频率的变化,系统的振幅会发生跳跃,出现动态分岔现象．本研究为实际工程应用提供了一些理论依据和指导．     

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.      

含摩擦与碰撞平面多刚体系统动力学线性互补算法

基于接触力学理论和线性互补问题的算法, 给出了一种含接触、碰撞以及库伦干摩擦, 同时具有理想定常约束(铰链约束) 和非定常约束(驱动约束) 的平面多刚体系统动力学的建模与数值计算方法. 将系统中的每个物体视为刚体, 但考虑物体接触点的局部变形, 将物体间的法向接触力表示成嵌入量与嵌入速度的非线性函数,其切向摩擦力采用库伦干摩擦模型. 利用摩擦余量和接触点的切向加速度等概念, 给出了摩擦定律的互补关系式; 并利用事件驱动法, 将接触点的黏滞-滑移状态切换的判断及黏滞状态下摩擦力的计算问题转化成线性互补问题的求解. 利用第一类拉格朗日方程和鲍姆加藤约束稳定化方法建立了系统的动力学方程, 由此可降低约束的漂移, 并可求解该系统的运动、法向接触力和切向摩擦力, 还可以求解理想铰链约束力和驱动约束力. 最后以一个类似夯机的平面多刚体系统为例, 分析了其动力学特性, 并说明了相关算法的有效性.