带闭环的多刚体系统的动力学方程

应用Roberson/Wittenburg方法中描述多刚体系统形态的关联矩阵和通路矢量矩阵及Kane方程处理多刚体系统的方法,推导了全部转动铰带闭环的多刚体系统的动力学方程,因而使推导过程简单、明了,得到的动力学方程可使进行带闭环的多刚体系统的数值计算更易程序化。     

树形多刚体系统的拉格朗日动力学

本文将无分支开链机器人机构的拉格朗日动力学推广到树形多刚体系统的一般情况。定义了一个描述树形多刚体系统结构的刚体连结矩阵,导出了树形多刚体系统的格拉朗日基本动力学方程、递推的动力学方程和简化系数的动力学方程。     

多刚体系统动力求解的矩阵变换方法

该文提出了求解多刚体系统动力学问题的矩阵变换法,是由带不定乘子的拉格朗日方程为基础推导得到的,其中不含拉格朗日不定乘子和约束反力。利用该方法,可根据无耦合单刚体的动力学参数和系统的速度变换矩阵通过矩阵运算获得多刚体系统的动力学方程。该方法主要面向计算机实现程式化的算法,系统动力方程可由计算机自动生成。文末给出了一个多刚体系统动力求解的例子。     

自由多刚体系统主体动力学方程及通用程序

本文讨论由n 个刚体铰接成任意树形的多刚体系统.在系统处于腾空或失重状态,除主体外的各刚体受控的情况下,导出了描述该系统主体姿态的动力学方程.利用四元素描述主体的姿态,该方程是由4个一阶方程组成,并推导出标准形式.由该方程建立的数值积分通用程序只要求输入一组描述系统的基本参数及邻接刚体相对运动控制规律.文末给出了利用该程序于运动生物力学仿真研究的例子.     

自主水下航行器载荷侧向分离三维运动仿真分析

为了对自主水下航行器(AUV)载荷侧向分离安全性进行研究,建立了AUV载荷侧向分离三维运动模型.基于多刚体系统笛卡尔动力学理论,考虑了侧向分离过程中载荷与运载器之间的耦合运动关系,采用带拉格朗日乘子的多体系统动力学方程,建立载荷侧向分离三维运动模型;基于刚体动力学理论,采用牛顿-欧拉方法,建立AUV载荷侧向分离后载荷与运载器的单刚体运动模型.为避免求解过程中出现约束违约现象,采用约束违约稳定法对AUV载荷侧向分离多体系统运动方程进行处理,采用四阶龙格库塔积分算法对一定工况下载荷侧向分离运动进行仿真,结果表明所建立的AUV载荷侧向分离三维运动模型是有效的.     

对偶欧拉方程的推导及讨论

本文应用对偶数矩阵和旋量的概念,由动力学定理推导出描述刚体作空间一般运动的对偶欧拉方程。由对该方程的讨论,可得到刚体定点运动的欧拉动力学方程,自由刚体运动微分方程以及刚体的平衡方程等。由此可认为对偶欧拉方程是刚体力学的普遍方程。此外,它也为多刚体开环系统的机械手设计提供了动力分析的理论依据,为说明这一点,引用了文献[2]的n连杆开环系统,并作了些补充说明。     

刚体-柔性梁系统的撞击动力学分析

该文研究了刚体-柔性梁系统作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑“动力刚化”效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。基于系统的动力学方程导出撞击时系统的广义冲量-动量方程,与撞击恢复系数方程相结合求出撞击动力学响应。文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的刚体-柔性梁系统的动力学进行了探讨。     

非完整多刚体系统的动力学方程

本文利用图论中的一些基本概念,把非完整闭环多刚体系统中的某些刚体一变为二,构成开环多刚体系统,用Gauss原理导出了动力学方程。另外对非完整树形多刚体系统又用Bertrend原理导出了动力学方程。最后指出了不同方法之间的联系。     

基于多刚体模型的电动助力转向系统的动力学仿真研究

介绍了基于笛卡儿坐标的电动助力转向系统的多刚体系统动力学模型,并采用适当的数值算法对模型进行求解.通过动力学仿真结果与试验结果的比较验证了该模型的合理性,进而证明了多刚体系统动力学方法是一种高效、合理的力学建模方法,为以后对电动助力转向系统进行控制研究奠定了基础.     

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。     

柔性多体机械臂动力学仿真

本文介绍基于Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理的柔性多体机械臂动力学方程的单向递推组集方法，并根据该方法开发了柔性多体系统动力学仿真软件ＦＭＳ，文末对空间四连杆机械臂机器人操作手进行了动力学仿真．     

多体系统中动力刚化项差时初应力补偿方法

当航天器和机器人等机械系统中存在高速旋转的部件时,传统的多体系统建模方法由于不能正确考虑动力刚化效应而给出了错误的结果,严格依据连续介质力学的基本原理,给出了多体系统中动力刚化的力学机理,评述了现有的几种主要的动力刚化项补偿方法,在综合现有方法的基础上提出了新的动力刚化项补偿方法－差时初应力补偿方法,在方法的主要思想是利用系统部件在前一时刻的内部应力构造由于部件高速旋转产生的动力刚化项,因而能够在保持弹性部件运动方程线性的情况下,以更小的代价模拟旋转部件的动力刚化效应。     

基于递推动力学的汽车悬架实时仿真模型

针对车辆动力学实时仿真的要求,面向悬架具体结构,应用递推动力学方法,建立了悬架系统模型.模型由于铰链相对坐标的引入,减少了需求解的方程数目,提高了求解效率,使模型既能面向悬架具体结构,又能够满足车辆动力学实时仿真的需要.基于这种建模方法建立了国产某轿车的麦弗逊式悬架模型,并进行仿真,其结果与道路试验及ADAMS仿真结果有较好的一致性,验证了模型的精度.     

水下缆索动力学理论模型

水下缆索建模是水下拖曳系统和系泊系统中一项关键工作，采用多体系统方法对缆索动力特性进行理论分析，建立了缆索多体动力学三维有限段模型。该模型将缆索视为一系列具有不同物理特性的铰接刚性缆段，系统包含多个开环分支或闭环分支，讨论了流体阻力、流体附加质量和流体静压力的影响，分析比较了附加质量与系统本身惯性的关系，对小尺度缆索进行动力学仿真，并与实验结果做了比较，吻合良好，该模型可用于水下缆索系统的动力学仿真。     

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。     

电力系统最近电压崩溃临界点的确定

通过静态模型对动态模型的有效模拟，对最近电压崩溃临界点的计算方法进行了适当的改进。按照系统的鞍结分叉点处的左特征向量来控制系统的行为可以最快地远离电压崩溃点。采用Lanczos法求取特征值和特征向量，该方法比常用的逆迭代法精度高、运算量小。方法的有效性已在IEEE-5节点系统、约定考核题Ⅱ测算中得到证明。     

计及铰链间隙的机械臂动力学建模与仿真

工程中的机械多体系统都存在铰链间隙问题,铰链间隙使系统的约束条件、自由度数目和拓扑结构发生变化.根据Hertz接触定律和Coulomb摩擦定律,建立了含间隙平面旋转铰的力学模型;采用几何变形约束法和模态缩聚技术描述了柔性机械臂的非线性变形;同时考虑两个旋转铰的间隙特性和柔性臂的弹性,最终采用Kane方程建立了含铰链间隙的刚-柔机械臂系统的动力学模型.以Mathematica软件为编程工具.对含两个铰链间隙的双刚性臂系统进行了仿真计算,得到了更加真实的动力学响应.     

基于多体理论的虚拟血管缝合分析

针对传统主从式医疗机器人在客观爷件限制的情况下很难实现主从手之间的实时力反馈的问题，提出了通过虚拟现实技术实现虚拟力反馈以替代真实力反馈的方法．以“妙手”系统为研究对象，在建立显微外科手术血管缝合过程中缝合线力学模型的基础上，根据多体系统动力学理论，对由人、互感装置和虚拟环境组成的广义多体系统进行了动力学分析，由凯恩方程建立了该系统的动力学方程．通过主手的仿真数据与从手缝合过程检测数据对比分析可知，主手和从手有相同的运动特性、证明借助虚拟环境的力反馈作用，操作者通过主手可以真实地感受到从手的运动特性．     

Kane方法中的递推算法

通过建立树形刚体系统的层次表示,推导出了用Kane方法建立该系统动力学方程中的递推计算公式,从而能有效地提高Kane方法的计算效率。