小问题

<正>《小问题》栏欢迎来稿出题(请自拟题目或注明题目来源),题目及解答请寄《力学与实践》编辑部,采用后将致薄酬.2017-1自由刚体的一般运动在哪些条件下可以当作刚体平面运动?提示:综合考虑运动学条件、受力条件、质量与惯量的条件等.(2017年1月清华大学钱学森力学班"动力学与控制"课期末考试的简答题,李俊峰、马曙光供稿)     

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.     

研究平面上点的复合运动的途径

刚体平面运动是一种常见运动,此运动可分解为平动和转动。如在刚体上取基点A建平动坐标系,则刚体上任一点M与基点A的速度,加速度关系式为: ...     

平面运动刚体两类瞬心轨迹之间关系的探讨

首先阐述了刚体运动的列阵-矩阵描述方法,然后在阐明刚体瞬心及两类瞬心轨迹等概念的基础上,经过简洁的数学推演,给出了平面运动刚体的动瞬心轨迹与定瞬心轨迹在固定坐标系中投影的运动方程.通过分析二者的运动方程,证明了结论:平面运动刚体任一时刻的动瞬心轨迹在定瞬心轨迹上作纯滚动,接触点即为刚体在该时刻的瞬心固连点.然后通过一个具体算例展示了瞬心轨迹运动方程的求解方法,并讨论了运动方程的物理意义.最后对一般运动刚体的情形进行了简要讨论.     

广义欧拉角及其应用

<正> 处理刚体的三维运动时,通常将其分解为刚体随某基点(例如刚体的质心)的平动及刚体绕此基点的转动;在运动学上这后者等价于刚体绕定点的转动.描述绕定点运动刚体的方位时,可用方向余弦矩阵、欧拉角、欧拉参数、凯里-克莱茵参数等各种方法;但除去刚     

摩擦力对两个恢复系数公式等价性条件的影响

文章讨论两个作一般运动的刚体在考虑摩擦力的情况下碰撞(不 受外力作用)．首先由欧勒动力学方程和质心运动定理导出在碰撞的压缩阶段和恢复阶段 二碰撞点沿公法线的相对速度的变化量, 然后给出两个恢复系数公式的等价性条件与刚体 之间摩擦力的关系．     

关于平面运动刚体动力学中应用动量矩定理时矩心选择的问题

本文讨论了平面运动刚体动力学中对任意动点的动量矩定理与相对于质心的动量矩定理在形式上相同的条件(以后简称在形式上同于质心),在以平面运动刚体上的点为矩心的条件下,研究了动量矩定理在形式上同于质心的点的轨迹,并建立了对加速度瞬心及速度瞬心的动量矩定理并说明其应用。     

运动初瞬时的速度、加速度瞬心重合的证明及其在解题中的应用

在理论力学中,不论运动学还是动力学,解平面运动问题时,多采用加速度合成法求图形上任一点(或质心)的加速度。而对于用初瞬时加速度瞬心法求解,则少见。就此谈谈看法。1.运动初瞬时的加速度瞬心作平面运动的刚体,每一个瞬时都有一个速度瞬心P和一个加速度瞬心W,在一般情况下,P与W是两个点(图1)。如将刚体由静止开始将要发生运动的瞬间称为"初瞬时",则在运动初瞬时,P与W重合,证明如下: ...     

刚体绕平行轴转动动量矩求解方法的分析

从``质点系相对其质心动量矩'的概念,分析了质点系相对其质心绝对 动量矩等于其相对动量矩的满足条件. 从``刚体平面运动的合成'的概念得到一种新 的求解方法:``${\pmb L}_{o} = {\pmb L}_e + {\pmb L}_{r}http://lxsj.cstam.org.cn/CN/10.6052/1000-0992-2007-138http://lxsj.cstam.org.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=137552刚体;平行轴;平面运动;牵连运动;质心http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200805026.aspx'', 即刚体绕平行 轴转动对某点绝对动量矩等于刚体作牵连运动对该点动量矩与 刚体相对质心转动产生动量矩的矢量和,为学生较好理解``刚体绕平行轴转动动量 矩'的求解提供了新思路.     

论刚体的平衡

 就刚体在一般情况下的平衡状态, 运动特征，及刚体平衡的实验方法 作一讨论.     

滚动问题中摩擦力的判断

刚体滚动时摩擦力的判断是工程力学中极易引起学生困惑的问题. 在对摩擦力产生原因进行分析的基础上, 确定了刚体纯滚动时静摩擦力的计算公式和判定方法. 刚体作纯滚动时静摩擦力所作总功为零, 仅实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化, 其方向总是阻碍主动力引起的物体运动趋势并使其向另一种运动转化; 刚体作有滑滚动时滑动摩擦力所作总功为负, 其方向与刚体滑动方向相反, 并实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化.     

燃料消耗下充液航天器等效动力学建模与分析

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式, 主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动; 复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式, 同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段. 本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展, 考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化, 提出了变参数的刚体摆复合模型, 该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题. 采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后, 基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组, 并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析. 研究表明: 液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移, 当航天器在执行零冲量机动时, 燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零; 贮腔偏心布放时, 航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为, 进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.      

瞬时静止时刻平面运动刚体的速度瞬心

<正> 文[1]讨论了平面运动刚体在角速度ω=(?)=0而非瞬时平动时刻(文[1]称为运动“初瞬时”)的速度瞬心,文[2]提出了异议与修正,但仍欠完善.本文给出该瞬时瞬心的明确意义与求法.首先指出,当ω=(?)=0时,刚体可能处于两种状态:设点 O 为刚体上的某个确定点,若V_o≠0,则此时刚体处于瞬时平动——状态(1),而若 Vo=0,则刚体上各点的速度均等于零,此     

EQUIVALENT DYNAMICS MODELING AND ANALYSIS OF LIQUID-FILLED SPACECRAFT WITH FUEL CONSUMPTION 1)

在轨航天器贮腔内的液体可能表现出多种不同的运动模式, 主要包括液体相对于贮腔的整体性刚体运动、自由液面横向晃动、液体起旋后逐步发生明显的旋转晃动及液体自旋运动; 复合三自由度刚体摆晃动模型能够较为全面地描述这些液体运动模式, 同时为研究起旋阶段的液体晃动动力学问题提供了有效手段. 本文对非线性液体晃动刚体摆复合模型作进一步发展, 考虑模型等效参数随贮腔充液比的变化, 提出了变参数的刚体摆复合模型, 该模型适用于研究燃料消耗下非线性晃动类充液航天器大范围运动耦合动力学问题. 采用刚体摆复合模型对球形贮腔内的液体晃动进行等效后, 基于混合坐标意义下的拉格朗日方程推导了一类充液航天器轨道-姿态-晃动全耦合的动力学方程组, 并展开了充液航天器大角度三轴稳定姿态机动和零冲量轨道机动仿真以及航天器耦合动力学响应特性分析. 研究表明: 液体相对于贮腔的运动会造成航天器主刚体位置发生偏移, 当航天器在执行零冲量机动时, 燃料消耗会造成航天器的轨道平动速度无法收敛到零; 贮腔偏心布放时, 航天器在执行轨道机动过程中贮腔内液体易发生剧烈而且形式复杂的晃动行为, 进而可能造成航天器刚体运动的不稳定.     

刚体绕定点运动中的角速度与角加速度

<正> 在刚体绕定点的运动中,确定刚体的瞬时角速度向量与瞬时角加速度向量对运动学分析及动力学分析都有重要意义.本文着重讨论在已知刚体的运动方程(通常用欧拉角作为时间的函数表示)情况下,角速度     

对动点的动量矩定理在刚体平动中的应用

 刚体平动与日常生活联系紧密,但被认为是简单运动,在教学上常被忽略;对动点的动量矩定理因形式多样,其辨析与应用又是教学上的难点.本文将对动点的动量矩定理应用于加速平动刚体,导出了平动刚体对任意动点的力矩平衡方程.通过改编,设计一道简单例题加强对刚体平动动力学和对动点动量矩定理的教学.     

小问题 (二十三)

一刚体作平面运动,P 是刚体上的点,在某时刻为瞬时加速度中心.(1)证明:刚体相对于P(平动参考系)的动量矩定理有如下形式: ...     

刚体在固定面上纯滚时接触点的速度和加速度

 在微小的时间间隔内，应用加速度合成定理和刚体上一点的加速度公式，推导出了接触点的加速度公 式. 加速度方向为运动刚体表面在该处的法线方向，大小与动接触线和定接触线的曲率半径 和刚体运动的角速度有关. 利用接触点的运动性 质，不仅有助于解答圆球在固定圆球面或圆柱在固定圆柱面上的纯滚问题，而且为求解一般 形状刚体在任意固定曲面上的纯滚问题提供了方便.     

连杆"修正力矩"的准确确定

质量代换法中的"修正力矩"为了简化运动机件惯性力的计算而采用的质量代换法中,规定了代换质量应满足的条件,如总质量不变,质心位置不变等,但未强调代换质量间仍须保持刚性联系这一重要条件。实际上,如将后一条件加上去,代换系统(包括代换质量间无限轻的刚性杆)所受惯性力仍须依靠解刚体动力学方程才能确定,其复杂程度与 ...     

小问题

61.一刚体作平面运动,P 是刚体上的点,在某时刻为瞬时加速度中心.(1)证明:刚体相对于P(平动参考系)的动量矩定理有如下形式: