基于鍵合圖理論的多體系統(tǒng)耦合動力學建模方法的研究.pdf

1、對于復雜的多體機械系統(tǒng)，許多學者相繼提出了不同形式的以分析力學原理為基礎的計算機輔助建模與仿真方法。但是，這些方法及軟件多數僅限于單一能量形式的系統(tǒng)（例如，機械系統(tǒng)）的局部動力學，對于多種能量形式耦合的多體機械系統(tǒng)（例如：機、電、液、氣及剛柔性耦合的系統(tǒng)），無法以統(tǒng)一的方式在計算機上自動地建立系統(tǒng)正、逆動力學方程及運動副約束反力方程，并進行有效的全局動態(tài)性能分析，使得分析結果與實際工況差別較大。另外，其仿真效率也有待于進一步地提高。上述

2、問題已成為多種能量形式集成的多體機械系統(tǒng)的分析、研究及開發(fā)應用的根本障礙，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)全局動力學建模與仿真研究領域的一系列重要問題，為功能更加完備的動力學分析軟件系統(tǒng)的研制提供有力的理論支持。這對進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)、數控機床、工程機械、機器人、一般機械、航天機械等領域具有廣泛的應用前

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：只要知道其輸入流和輸出流間的關系，就可以通過簡單的矩陣變換確定輸入勢和輸出勢間的關系，反之亦然。以此為基礎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原理。
　　多體系統(tǒng)構件間的運動幾

4、何約束，使其鍵合圖模型產生微分因果環(huán)；構件上任意一點與其質心的非線性速度關系，使其鍵合圖模型具有非線性結型結構。這給用傳統(tǒng)標準的鍵合圖法進行計算機自動建模與仿真帶來了非常困難的代數問題。本文提出兩種各具特色的解決策略：
　?。?）在標準鍵合圖理論框架下，將運動副約束反力視作未知外界勢源，加在系統(tǒng)鍵合圖模型相應的0－結處；
　　（2）利用鍵合圖基本元件間的等效轉換關系，將標準鍵合圖轉換成回轉鍵合圖（Gyrobondgraph）

5、。上述兩種策略在多能域范圍內，實現(xiàn)了對微分因果環(huán)及所產生的非線性結型結構的解耦，解決了其給系統(tǒng)全局耦合動力學計算機輔助建模與仿真所帶來的代數困難。
　　對于多體系統(tǒng)動力學逆問題，分別在標準鍵合圖及回轉鍵合圖理論框架下，推導出不同形式的便于計算機自動生成的系統(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雜系統(tǒng)的計算機自動建模與仿真。對于多體系統(tǒng)動力學正問題，分別在標準鍵合圖及回轉鍵合圖理論框架下，嚴