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1、ISSN100020054清华大学学报(自然科学版)2002年第42卷第2期10ö37CN1122223öNJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2002,Vol.42,No.21752178弹性构件的模态选择对机构动力分析的影响俞武勇, 季林红, 阎绍泽, 金德闻(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)摘 要:为在柔性多体系统动力学中引入固定界面动态子的条件下,引入结构动力学的模态综合技术,使用少结构法,将Craig固定界面法减缩后的系统经过再次坐标变量的模态坐标作为广义坐标来减
2、缩系统方程的自由换,分离出刚体模态,证明能更明确地表达边界影响,可以进[1,2]度,降低求解规模。柔性构件变形假设为一系列一步提高减缩效率,便于在多体动力学中使用,并给出了一形函数的线性叠加,模态就可以作为形函数。先解除个含弹性连杆的曲柄滑块机构算例。分析和计算表明,经过第j个柔性构件的约束,则有了再次坐标变换后提高了减缩效率,在一定情况下,边界状bMu+Ku=F,(1)况对系统影响显著,使用表达边界的模态可以提高多体动力学的数值仿真精度。其中:M和K分别为质量阵和刚度阵,F为广义力向量(包括运动副
3、约束力、惯性力、科氏力及外载荷关键词:固定界面法;动态子结构;模态;多体动力学等),u为弹性变形向量。进行自由度减缩时,直接中图分类号:TH113的方法是用式(1)齐次方程的部分低阶模态作为展文章编号:100020054(2002)0220175204文献标识码:A开基,但是这样就完全忽略了边界条件及力F的影响,在某些情况下将大大降低分析精度。因此,如何Componentmodalselectionforflexible选择合适的模态集来较准确地表示边界、外载等局multi-bodydynamics
4、部效应对机构的影响成为研究重点之一。刘宏昭等YUWuyong,JILinhong,YANShaoze,JINDewen用结构动力学中的自由子结构的双协调对接方法来(DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,[2]保证约束位移和力的协调;吕东等采用固定界面TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)动态子结构法进行机构运动弹性动力分析Abstract:Thefixed2boundarycomponentmodesyn
5、thesis(CMS)[3](KED);于清等使用静力校正模态来提高机构动methodwasusedtoanalyzeflexiblemulti2bodydynamics.A[4]coordinateorthonormalizingtransformationwasappliedafterthe力分析的精度。numberofdegreesoffreedom(DOF)ofadiscreteflexiblebodywas由于固定界面动态子结构法计算精度较高和操reducedusingtheCraig2B
6、amptoncomponentmodesynthesismethod.Thecoordinatetransformationextractsrigidmodalsfrom作简单,在结构动力学中得到了广泛的应用。但是如thereducedsystem,andexplicitlyrepresentstheeffectsofboundary果直接用于柔性多体动力学中,仍然有一定的困难,constraints.ThemethodincreasestheefficiencyoftheCMSmethod如对接自
7、由度过大,隐含有刚体自由度等。本文将讨andcanbeeasilyappliedtoflexiblemulti2bodydynamics.Themethodwasusedtonumericallyanalyzeacrank2blockmechanism.论固定界面动态子结构法在柔性多体动力学中应用Theanalysesandnumericalresultsshowthatthismethodcanbe的几个问题。easilyapplied,willimprovetheprecisionandeffi
8、ciencyoftheCMSmethodandwillaccuratelyrepresenttheboundaryconstraints.1 模态集特性及选择Keywords:fixed2boundarycomponent;componentmode1.1 固定界面动态子结构synthesis(CMS);modal;multi2bodydynamics[5]固定界面法中常用的是Craig法。Craig法是将子结构的自由度分成内部自由度和界面自由度两 在柔性多体系统动
