基于多刚体系统的绳索动力学模型研究

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1、基于多刚体系统的高架索动力学模型研究李楠，韦灼彬，何学军，张世云，任爱娣(海军工程大学勤务学院天津300450)摘要：这篇文章在多体系统动力学理论的基础上，研究了绳索多刚体系统动力学模型，并使用多刚体绳索动力学模型模拟海上补给高架索，应用多体动力学仿真计算工具ADAMS对海上横向干货补给过程进行仿真计算，通过分析仿真结果，再结合高架索的实际情况，得出高架索多刚体动力学模型更加接近高架索的实际结构，其动力学计算结果更贴近实际情况的结论。关键字：海上横向补给；高架索；多体系统动力学；多刚体系统；ADAMS；仿

2、真中图分类号：TH122；TH128文献标识码：AResearchontheDynamicsModelofHighlineCableBasedontheMulti-Rigid-BodySystemLinan,WeiZhuo-bin，HeXue-jun，ZhangShi-yun,RenAi-di(DutyInstitude,NavalUniversityofEngineering,Tianjin300450)Abstract:Thepaperresearchmulti-rigid-bodysystemdyn

3、amicsmodeloftherope,andusedittosimulatesealiftHighlinebasedonthemulti-bodydynamicstheory.Meanwhilethepapersimulatedtotheseadrycargoreplenishmentoftransverseprocessbyusingmulti-bodydynamicstools，whosenameisADAMS,thengaintheconclusionthatthemulti-rigid-body

4、dynamicmodelgetinthepaperismoreclosetotheCaucasus,andthedynamiccalculationresultsclosertotheactualsituation,throughtheanalysisofsimulationresults,andcombinedwiththeactualsituationintheCaucasusthestructureofoverheadcable.Keywords:AlongsideReplenishmentatSe

5、a;HighlineCable;MultibodySystemDynamics;multi-rigid-bodySystem;ADAMS;Simulation在海上补给作业过程中，高架索作为补给船和受补给船之间联系的桥梁，担负着承载或直接作为传输通道的作用。补给物资是否能顺利从补给船转移到受补给船，完全取决于高架索是否能安全承载。为此，对高架索动力学性能的分析将至关重要。目前，对海上补给高架索的模型研究主要集中在基于刚体力学理论的静力学高架索模型研究，此项研究只停留在二维平面的静力学分析，同时，假设条件过

6、多，所以，得到的分析结果无法完全接近实际情况，也无法直接在工程实践中应用。绳索可看成由若干绳索段组成，每个绳索段视为刚体，各绳索段之间由球铰连接组成一个多刚体系统。多刚体系统是指研究对象由若干个刚体通过铰链链接起来所组成的基金项目：：国家自然科学葙金资助项h(11302258),中国博士后科学葙金特别资助(200902669)作者简介:：李楠(1980-),男，讲师，海军工程大学“船舶与海洋工程”博士后流动站博丄•后.系统。对该系统进行动力学分析时，只考虑每个刚体单元的位置、速度、加速度、角速度和角加速度

7、，以及相邻刚体单元之间由铰链的作用，如何传递位置、速度、加速度、角速度和角加速度。1基于多刚体系统动力学的钢索动力学模型1.1建立通路矩阵T对亍绳索多刚体系统，其拓扑关系如卜*图所示:图1绳索拓扑关系图根据通路矩阵定义，可知绳索多刚体系统的通路矩阵为(l)參•••■•爆0—1」nxn1.2每个绳索单元相对于前置单元的角速度叫绳索单元之间使用球铰连接，根据球铰的角速度转换公式可得iosi2=

8、oCjj一CjzSu(qii^Qi2Klrq.(2)1.3每个绳索单元的绝对角速度绳索多刚体系统的各绳索单元相对于惯

9、性坐标系的角速度为(3)o)=o)0ln—TTfi=o)0ln—TTHnTq=coo+Pq对于刚体，Hht「10sl2ocu—cl2stl.0Suci2c^WoTTn=a)oln-TTHnTq0參1」•一1100—1100-1nxn「一110.01...00-11：0•••••••••-00一10•0.參蠡1*■nxn…••••••鲁••暴參■Lo00—1-[n0000•••10si20SufQiiQi2nxn<4)nxn1.