刚柔多体系统动力学离散时间传递矩阵法

该文在多刚体系统离散时间传递矩阵法的基础上，建立了用于解决刚柔多体系统动力学问题的刚柔多体系统动力学离散时间传递矩阵法。通过该方法和其它方法的数值算例结果对比证明了该方法的有效性。与通常多体系统动力学方法相比，该方法涉及矩阵阶次低，无需总体系统动力学方程。该方法为解决一般刚柔多体系统动力学问题提供了强有力的新手段。     

受控多体系统传递矩阵法

为用多体系统传递矩阵法解决受控多体系统动力学问题，该文引进控制激励单元传递矩阵和控制反馈单元传递矩阵，建立了受控多体系统传递矩阵法，解决延迟受控多体系统和无延迟受控多体系统动力学问题，使得受控多体系统传递矩阵法应用于复控多体系统动力学领域。实例计算延迟和无延迟受控多体系统的稳态运动和瞬态运动。计算表明：受控多体系统传递矩阵法与通常方法所得系统运动计算结果吻合较好。     

闭环结构的降维违约修正方法

为了解决工程问题中普遍存在的闭环结构动力学仿真约束违反问题,提出了降维违约修正方法.令闭环结构中两个体的一组运动参数为冗余变量,根据位移级、速度级、加速度级约束方程,将其由闭环中其他体的运动参数表示,从而使方程数与变量数相等,进而采用成熟的积分方法求得动力学方程的数值解.对含闭环结构的弹性绳多体系统和六体系统进行了动力学仿真.以拉格朗日建模方法和多体系统离散时间传递矩阵法的计算结果作为参考,通过与反馈控制法的比较,证明了降维违约修正方法的有效性.     

闭环结构的降维违约修正方法

为了解决工程问题中普遍存在的闭环结构动力学仿真约束违反问题,提出了降维违约修正方法.令闭环结构中两个体的一组运动参数为冗余变量,根据位移级、速度级、加速度级约束方程,将其由闭环中其他体的运动参数表示,从而使方程数与变量数相等,进而采用成熟的积分方法求得动力学方程的数值解.对含闭环结构的弹性绳多体系统和六体系统进行了动力学仿真.以拉格朗日建模方法和多体系统离散时间传递矩阵法的计算结果作为参考,通过与反馈控制法的比较,证明了降维违约修正方法的有效性.     

粘弹性体的多体系统动力学建模

根据材料各向同性假设和分数阶导数的Grünwald定义,分析和研究了三维分数阶导数本构方程描述的粘弹性体的特性。基于虚功原理和连续介质力学理论推导了含分数阶导数本构的粘弹性体的多体系统动力学方程。由于在推导过程中采用完全非线性有限元法,因此该动力学方程能准确描述多体系统中柔性体的大变形和任意的刚体运动。采用隐式的BDF(backwards differentiation formulation)积分格式和Newton-Raphson迭代算法对动力学方程进行求解。最后通过数值算例对比研究了数值积分步长、分数阶导数的指数与截断级数等参数对系统动力学行为的影响规律。结果表明:对于粘弹性耗散多体系统,步长不应太大;分数指数越大,松弛时间越小,则材料阻尼越大;应合理地选择截断级数,这样既反映了材料特性又节省了计算时间。     

用扩展传递矩阵法计算多体系统的稳态响应

以一个简单的多体系统为例，介绍了用于计算多体系统稳态响应的扩展传递矩阵法。建立了等截面Euler—Bernoulli梁的扩展传递矩阵。通过依次拼凑各个元件的扩展传递矩阵，形成系统的总体扩展传递矩阵，代入边界条件，然后求解代数方程组即可得到系统的稳态响应。对比模态叠加法的求解结果和计算过程，扩展传递矩阵法具有过程简单、计算量小、易编程等优点，且无需建立系统的总体动力学方程。扩展传递矩阵法特别适合于计算多体系统的稳态响应，能直接得到稳态响应的解析表达式。     

基于有限元的空间变截面梁传递矩阵

采用有限元法来推导了空间变截面梁单元的传递矩阵。在推导空间变截面梁单元的刚度矩阵时,在位移列阵中增加了一项位移值:轴向拉压应变,以提高位移插值函数的阶数。并采用高次多项式位移插值函数来推导空间变截面梁单元的刚度矩阵,然后通过矩阵变换得到该梁的传递矩阵。将得到的传递矩阵应用于悬臂梁,计算了悬臂梁的挠度和模态。研究结果表明:该方法可精确计算空间变截面梁的变形,并为联合有限元法和多体系统传递矩阵法求解复杂系统动力学问题提供一个新思路。     

基于有限元的空间变截面梁传递矩阵

采用有限元法来推导了空间变截面梁单元的传递矩阵。在推导空间变截面梁单元的刚度矩阵时,在位移列阵中增加了一项位移值:轴向拉压应变,以提高位移插值函数的阶数。并采用高次多项式位移插值函数来推导空间变截面梁单元的刚度矩阵,然后通过矩阵变换得到该梁的传递矩阵。将得到的传递矩阵应用于悬臂梁,计算了悬臂梁的挠度和模态。研究结果表明:该方法可精确计算空间变截面梁的变形,并为联合有限元法和多体系统传递矩阵法求解复杂系统动力学问题提供一个新思路。     

柔性机械手的动力学方程

采用规范理论和旋量矩阵相结合的方法，确定刚体运动与弹性变形的耦全关系，给出的系统普遍动力学方程同样适用于树形柔性多体系统，该方程不仅简明，系统性强，而且计算简便。     

用弹性体传递矩阵法计算离心压缩机转子系统的临界转速

本文提出用弹性体传递矩阵法计算离心压缩机转子的临界转速。推导了适用于变轴径，多支承多跨挠性转子的递推公式与其弹性体传递矩阵，以及以“铰支－铰支”，“铰支－自由”为边界条件的频率方程与主振型公式和示例计算。并对结果进行了分析讨论。只要适当改变相应于边界条件与分段面上的点传递矩阵，本方法便可推广应用于其他转子系统。     

多体系统传递矩阵法在超高射频武器发射动力学中的应用

该文以“金属风暴”武器系统为研究对象,基于多体系统传递矩阵法,建立了其刚弹耦合的发射动力学模型;推导了该武器系统特征方程,计算了系统固有振动特性;构造了系统增广特征矢量,实现了其系统动力响应的精确分析。通过数值仿真,获得了该武器系统固有振动特性、系统动力响应、内弹道、弹丸起始扰动,仿真结果可用于该武器的动态设计。     

多体系统传递矩阵法在多管火箭动力学中的应用

多管火箭动力学分析是评估和提高多管火箭性能的前提和关键。应用多体系统传递矩阵法，建立某多管火箭刚柔耦合多体系统动力学模型，构造多管火箭增广特征矢量及其正交性条件，实现对多管火箭振动特性和动力响应的仿真，仿真结果得到了试验验证。对两种多管火箭的振动特性和动力响应的计算，为用非满管射击替代满管齐射客观评价多管火箭动态性能，为优化射序和射击时间间隔提高多管火箭射击密集度奠定基础，大幅度减少了某远程多管火箭密集度试验用弹量50％，提高某多管火箭射击密集度。     

刚弹耦合多体系统物理参数的一种识别方法

以一个简单的刚弹耦合多体动力学系统为例，提出了一种利用系统模态参数识别系统物理参数的新方法。利用多体系统增广特征矢量的正交性条件，可建立以系统物理参数为未知数的代数方程组。给出了通过系统模态参数识别物理参数的计算步骤。算例与计算结果表明：用该方法能有效识别刚弹耦合多体系统的物理参数，具有计算精度高、计算量小、所需参数少等特点。     

非满管射击密集度试验方法

研究了多管火箭非满管射击密集度试验方法及仿真技术,提供了一种新的减少多管火箭密集度用弹量的试验方法.应用发射动力学和多体系统传递矩阵法理论,建立了多管火箭发射动力学模型,推导出了多管火箭振动特性和动力响应方程,形成了基于等起始扰动思想的多管火箭非满管射击密集度试验方法.对某多管火箭的密集度和射击精度进行了仿真预测,仿真结果得到了试验验证.对满管齐射和非满管射击方案的起始扰动进行了仿真,仿真结果表明起始扰动相同是系统密集度相同的前提.形成的非满管试验方案可减小某多管火箭密集度试验用弹量75%.     

树形多刚体系统单向递推组集计算机求解

对组成多刚体系统的各个刚体和铰建立基本类库 ,采用 R/ W方法描述多体系统的结构 ,采用相对坐标的建摸描述方法 ,自动选择广义坐标 .对各个刚体采用规则标号标识 .按路的方向递推组集多刚体系统运动学和基于虚功原理的动力学方程 ,这样建摸效率高 .采用Adams预估 -校正和隐式多步 Runge-Kutta方法求解动力学方程 ,计算速度快 ,并就上述算法编制了通用程序 TMAS,通过算例表明算法高效可靠 .     

一种链式多体系统接点约束力的求解方法

基于兼有矢量力学与分析力学的优点、在多体系统问题分析中有着广泛应用前景的凯恩方法,建立了链式多体系统动态特性分析模型,并进一步给出了求解其（铰）接点约束力的计算方法。最后,利用多体系统离散时间传递矩阵法和经典力学方法对计算模型的有效性和准确性进行了验证。相关结果对基于Kane方法开展多体系统动力特性分析具有参考意义。     

沥青路面温度应力分析

把沥青路面视为多层弹性半空间轴对称体,利用热弹性力学以及Hankel和Laplace积分变换等数学方法,首先推导出任意一层沥青路面温度应力的刚度矩阵,然后按传统的有限元方法组成总体刚度矩阵.通过求解由总体刚度矩阵所构成的代数方程和Hankel及Laplace积分逆变换就可解出外荷载和温度联合作用下沥青路面温度应力的精确解.由于刚度矩阵的元素中不含有正指数项,计算时不会出现溢出现象,从而克服了传递矩阵法的缺点.在推导过程中不用人为选择应力函数,使得问题的求解更加合理,同时也为进一步研究沥青路面的湿度场、动力学等问题奠定了理论基础.计算实例证明了推导结果的正确性.