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一个合理的柔性体变形场离散方法将对柔性多体系统动力学研究产生举足轻重的作用。目前运用较广的有假设模态法和有限元法。假设模态法源于结构力学中梁的固有振型,该方法的突出优点在于能用较少的模态获得较好的逼近效果,计算效率高,但当柔性体的实际形状不是规则体时,求解柔性体的固有振型本身就是难题。有限元法虽然是一种通用性很强的变形体离散法,但其不足之处在于:与假设模态法相比较,为了得到足够的精度,采用有限元法获得的系统动力学方程数目往往非常庞大,导致计算效率较低,对于复杂大型系统的动力学分析带来很大的计算开销,不适合高级控制所需的实时快速计算。因此,新的变形场离散方法仍然是多体系统动力学值得关注和需要解决的问题。 本文对刚柔耦合多体系统动力学的离散方法进行研究,以期丰富柔性多体系统动力学变形场离散理论。论文的主要内容和学术贡献如下: 1.在浮动坐标系方法中引入Bezier插值方法和B样条插值方法,并与目前应用广泛的有限元法和假设模态法构造柔性体变形场统一的表达形式,以便动力学方程的推导和动力学程序的编制。 2.采用Bezier插值方法、B样条插值方法、假设模态法和有限元法对柔性梁变形场进行描述,通过第二类Lagrange方程建立中心刚体-柔性悬臂梁模型的动力学方程,并将动力学仿真结果与已有文献的仿真和实验进行对比,验证Bezier插值方法和B样条插值方法的准确性以及可推广性。 3.着重将Bezier插值方法、B样条插值方法、假设模态法和有限元法推广到n个柔性铰和n根柔性杆组成的空间多杆刚柔耦合系统动力学模型的变形场描述中。基于递推的齐次变换矩阵方法和Lagrange动力学建模方法,建立柔性多体系统刚柔耦合动力学方程,并通过仿真实例说明变形场离散方法的正确性。 4.给出适用于几何非线性大变形问题的绝对节点坐标法,采用有限元法对基于绝对节点坐标法三维梁单元的位移场进行描述,同时给出求解弹性力的弹性线方法,并与已有连续介质力学方法进行比较,从理论分析以及动力学仿真上说明该方法的优越性。最后通过工程实例履带式车辆动力学仿真进一步阐述上述结论。 5.将本文提出的变形场离散方法推广到矩形薄板的变形场描述中,采用第二类Lagrange方程建立旋转柔性悬臂矩形薄板的动力学方程,并将动力学仿真结果与已有文献进行对比,验证提出方法正确性的同时表明新方法的优越性。