滑轮绳索机构被广泛地应用于工程机械、航空航天等领域。为满足工程需求,滑轮绳索机构的动力学建模与仿真研究也逐渐发展起来,但是仍存在许多尚未解决的问题。滑轮绳索机构是典型的刚柔耦合多体系统,其动力学建模与仿真存在以下难点:一、绳索在各个滑轮之间流动;二、绳索的抗弯模量很小,主要通过轴向变形和增加动能来承受横向载荷;三、滑轮与绳索的接触段是动态变化的。传统方法通常采用梁单元或弹簧质点系统模拟整条绳索,该方法在处理绳索与滑轮的接触段时,由于目前没有一种插值方法可以精确地表示圆弧,因此只能通过不断地细化单元来逼近接触段圆弧,过多的单元必然降低了仿真效率。本文针对滑轮绳索机构的动力学建模和仿真进行了深入研究。本文将滑轮绳索机构中的绳索分为滑轮间绳索和接触段绳索分别进行分析。对于滑轮间绳索,基于空间描述提出了一种具有动边界性质的变长度绳索单元。利用虚功率原理以及空间描述与物质描述的关系,建立了绳索的动力学方程。对于接触段绳索,在绳索滑轮之间无相对滑动、接触段绳索被滑轮边缘整形为一段圆弧的前提下,将滑轮绳索之间的接触约束转化为滑轮对绳索的形状约束,利用滑轮的运动学参数描述接触段绳索的运动。本文分别针对三种常用的滑轮类型,选取不同的运动学参数描述滑轮的运动。所选参数既能在空间内精确描述滑轮的运动状态,又能保证滑轮运动与轴向流动绳索运动的匹配。最后,利用虚功率原理建立了滑轮和接触段绳索的动力学方程,并且给出了空间滑轮间公切线的求解方法,以保证系统初值选取得当。滑轮绳索多体系统作为刚柔耦合多体系统,其系统动力学方程属于典型的刚性方程。对于刚性方程的数值求解,常用方法是在精确建模的基础上用位移表达式表示速度和加速度,从而使系统的高频振荡快速衰减。本文提出一种在建模阶段就滤除高频分量的快速算法,将系统中快速变化的瞬时应力替换为极短时间内的平均应力。数值算例结果显示,该快速算法不仅可以大幅提高计算效率,同时又保留了系统的低阶响应。在所提快速算法中,可以通过调节应力平均化的时间尺度,选择保留系统响应的阶数。在此基础上,考虑到系统中绳索单元数目庞大,在求解系统加速度时将绳索内部节点由边界节点表示,使绳索系统方程中仅含绳索边界节点信息。最后,组集滑轮绳索多体系统的总体动力学方程。基于本文所提的滑轮绳索多体系统动力学建模方法,利用Matlab编写了滑轮绳索多体系统动力学仿真软件,实现了不同类型滑轮绳索机构的动力学分析与仿真。数值算例结果与ADAMS仿真以及理论值进行了对比,结果显示,本文所提的轴向流动绳索动力学建模、空间滑轮动力学建模以及针对多柔体动力学方程的快速算法均是可行的,并且计算效率高,数值稳定性好,可以为实际工程中滑轮绳索机构的设计与校核评估提供理论依据与技术支持。