基于鍵合圖理論的多體系統(tǒng)耦合動力學(xué)建模方法的研究.pdf

1、對于復(fù)雜的多體機(jī)械系統(tǒng)，許多學(xué)者相繼提出了不同形式的以分析力學(xué)原理為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助建模與仿真方法。但是，這些方法及軟件多數(shù)僅限于單一能量形式的系統(tǒng)（例如，機(jī)械系統(tǒng)）的局部動力學(xué)，對于多種能量形式耦合的多體機(jī)械系統(tǒng)（例如：機(jī)、電、液、氣及剛?cè)嵝择詈系南到y(tǒng)），無法以統(tǒng)一的方式在計算機(jī)上自動地建立系統(tǒng)正、逆動力學(xué)方程及運動副約束反力方程，并進(jìn)行有效的全局動態(tài)性能分析，使得分析結(jié)果與實際工況差別較大。另外，其仿真效率也有待于進(jìn)一步地提高。上述

2、問題已成為多種能量形式集成的多體機(jī)械系統(tǒng)的分析、研究及開發(fā)應(yīng)用的根本障礙，使鍵合圖理論在多能域耦合系統(tǒng)全局動力學(xué)的研究中占有重要的地位。
　　本文的研究工作解決了基于鍵合圖理論的多能域耦合多體系統(tǒng)全局動力學(xué)建模與仿真研究領(lǐng)域的一系列重要問題，為功能更加完備的動力學(xué)分析軟件系統(tǒng)的研制提供有力的理論支持。這對進(jìn)一步提高該類工作的自動化和實用化程度頗具意義，在車輛系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、工程機(jī)械、機(jī)器人、一般機(jī)械、航天機(jī)械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前

3、景。
　　本文系統(tǒng)地闡述了基于鍵合圖理論的多體系統(tǒng)耦合動力學(xué)建模與仿真方法。從能量守恒的基本原理出發(fā)，討論了鍵合圖中的多通口元件MTF所具有的的性質(zhì)：只要知道其輸入流和輸出流間的關(guān)系，就可以通過簡單的矩陣變換確定輸入勢和輸出勢間的關(guān)系，反之亦然。以此為基礎(chǔ)闡述了建立平面多剛體系統(tǒng)、非慣性系平面多剛體系統(tǒng)、平面柔性多體系統(tǒng)、非慣性系平面柔性多體系統(tǒng)及空間多剛體系統(tǒng)鍵合圖模型的一般方法及其動力學(xué)原理。
　　多體系統(tǒng)構(gòu)件間的運動幾

4、何約束，使其鍵合圖模型產(chǎn)生微分因果環(huán)；構(gòu)件上任意一點與其質(zhì)心的非線性速度關(guān)系，使其鍵合圖模型具有非線性結(jié)型結(jié)構(gòu)。這給用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的鍵合圖法進(jìn)行計算機(jī)自動建模與仿真帶來了非常困難的代數(shù)問題。本文提出兩種各具特色的解決策略：
　?。?）在標(biāo)準(zhǔn)鍵合圖理論框架下，將運動副約束反力視作未知外界勢源，加在系統(tǒng)鍵合圖模型相應(yīng)的0－結(jié)處；
　?。?）利用鍵合圖基本元件間的等效轉(zhuǎn)換關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)鍵合圖轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)鍵合圖（Gyrobondgraph）

5、。上述兩種策略在多能域范圍內(nèi)，實現(xiàn)了對微分因果環(huán)及所產(chǎn)生的非線性結(jié)型結(jié)構(gòu)的解耦，解決了其給系統(tǒng)全局耦合動力學(xué)計算機(jī)輔助建模與仿真所帶來的代數(shù)困難。
　　對于多體系統(tǒng)動力學(xué)逆問題，分別在標(biāo)準(zhǔn)鍵合圖及回轉(zhuǎn)鍵合圖理論框架下，推導(dǎo)出不同形式的便于計算機(jī)自動生成的系統(tǒng)狀態(tài)方程、運動副約束反力方程的統(tǒng)一公式。所述方法特別適用于多種能量形式并存的復(fù)雜系統(tǒng)的計算機(jī)自動建模與仿真。對于多體系統(tǒng)動力學(xué)正問題，分別在標(biāo)準(zhǔn)鍵合圖及回轉(zhuǎn)鍵合圖理論框架下，嚴(yán)