多熔体系统动力学报告

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1、哈尔滨工业大学航天学院多柔体系统动力学读书报告指导教师：田浩-17-哈尔滨工业大学航天学院目录第一章多体系统发展简介-1-1.0综述-1-1.1发展过程-1-1.2多柔体系统动力学研究概况-1-1.3多体系统动力学数值计算方法研究概况与进展-4-1.4软件发展-6-第二章多体系统动力学模型-7-2.1多柔体系统动力学建模-7-2.2多柔体系统动力学模型的降阶-8-2.2.1惯性完备性准则-8-2.2.2基于输出响应或传递函数的模态选取准则-9-2.2.3模态价值分析准则-9-2.2.4内平衡降阶准则-9-第三

2、章大型星载可展开天线问题-11-3.0综述-11-3.1展开动力学研究的任务和要求-11-3.2构形特点-12-3.3力学模型-12-3.4多柔体系统动力学的建模方法-13-3.4动力学分析与试验的相关性检验-13-第四章柔性关节误差对星载天线扰动问题-15-4.0综述-15-4.1国内外研究情况-15-参考文献-17--17-哈尔滨工业大学航天学院第一章多体系统发展简介1.0综述多体系统动力学是研究多体系统（一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学。多体系统动力学包括多刚体系统动力学和多柔体

3、系统动力学。虽然经典力学方法原则上可用于建立任意系统的微分方程，但随着系统内分体数和自由度的增多，以及分体之间约束方式的复杂化，方程的推导过程变得极其繁琐。为适应现代计算技术的飞速发展，要求将传统的经典力学方法针对多体系统的特点加以发展和补充，从而形成多体系统动力学的新分支。为建立多体系统动力学的数学模型，已经发展了各种方法，其共同特点是将经典力学原理与现代计算技术结合。这些方法可归纳为两类，即相对坐标方法和绝对坐标方法。1.1发展过程20世纪60年代，古典的刚体力学、分析力学与计算机相结合的力学分支——多体

4、系统动力学在社会生产实际需要的推动下产生了。其主要任务是：1.建立复杂机械系统运动学和动力学程式化的数学模型，开发实现这个数学模型的软件系统，用户只需输入描述系统的最基本数据，借助计算机就能自动进行程式化的处理；2.开发和实现有效的处理数学模型的计算机方法与数值积分方法，自动得到运动学规律和动力学响应；3.实现有效的数据后处理，采用动画显示，图表或其他方式提供数据处理结果。目前多体动力学已形成了比较系统的研究方法。其中主要有工程中常用的以拉格朗日方程为代表的分析力学的方法、以牛顿-欧拉方程为代表的矢量学方法、

5、图论方法、凯恩方法和变分方法等。1.2多柔体系统动力学研究概况机械系统一般是由若干个物体组成，通过一系列的几何约束联结起来以完成预期动作的一个整体，因此也可以把整个机械系统叫做多体系统。多刚体系统动力学是以系统中各部件均抽象为刚体，但可以计及各部件联结点(关节点)处的弹性、阻尼等影响为其分析模型的。多刚体系统动力学是在经典力学的基础上发展-17-哈尔滨工业大学航天学院起来的，从60年代至今，多刚体系统动力学已经形成了许多各具特色的方法，如Newton-Euler方法、Lagrange方法、Roberson-W

6、ittenburg方法、Kane方法、Huston方法等，并取得了相当完善的成果，已经解决了工程上的许多实际应用课题。多柔体系统动力学则在此基础上进一步考虑部件的变形，是多刚体系统动力学的自然延伸和发展。对多柔体系统的研究有着实际的工程应用背景。随着动力学模拟的深入，人们发现，系统中某些物体的变形有时会对系统性能产生非常重要的影响。在航天器、机器人领域和机构设计等方面，部件有向轻质量和高速度发展的趋势，其中系统中轻质量大尺度部件的高速运动往往引起系统的剧烈振动，达不到高精度要求，甚至毁坏系统的某些部件。为了解

7、决这个问题，就应该考虑系统中某些部件的弹性变形，即在抽象物理模型时就要考虑某些部件的柔性效应。同时，必须考虑柔性体的变形与其大范围空间运动之间的相互作用或相互藕合，以及这种藕合所导致的动力学效应的研究，这类系统称为柔性多体系统或刚一柔混合多体系统柔性多体系统动力学研究由刚体和柔性体组成的复杂机械系统在经历大范围空间运动时的动力学行为。从“多体”这一方面来讲是多刚体系统动力学的自然延伸和发展，从“柔体”这一特点着眼是变形体力学的拓广。对于柔性多体系统来说，它的各构件之间一般都存在着大的相对平动和转动，而且在运动

8、中要考虑构件的柔性。这就使得系统运动的自由度，各构件互相之间的运动学关系都大大地复杂化了。同时引起了复杂而变化的离心力和哥氏力力场，影响了多体之间相互运动的力学条件。这就使得考虑多体运动和柔性效应之间的藕合显得极其重要。文献认为:柔性多体系统不同于多刚体系统，它含有柔性的部件，变形不可忽略，其逆运动学是不确定的;它与结构动力学不同，部件在自身变形运动同时，在空间中经历着大的刚性移动和转动，刚性运动与