基于無網格法的剛-柔耦合系統的動力學建模與仿真.pdf

1、工程中的復雜系統通常由多個獨立物體組成，是通過一系列的幾何約束連接起來的，并能完成預期動作的一個整體。其中很多都屬于柔性附件搭載于剛性主體的剛-柔耦合結構，如空間機械臂、人造衛(wèi)星天線、直升機旋翼、太陽能帆板以及航空發(fā)動機葉片等。上述實際工程問題都可以簡化為轉動的中心剛體-柔性懸臂梁或懸臂板模型等典型的剛-柔耦合系統進行動力學分析，而能否正確合理地描述柔性體的變形場將對仿真結果的精度及計算效率產生重要的影響。因此，對變形場的離散方法研究一

2、直是剛-柔耦合系統動力學領域的熱點和難點，也是工程和科學領域的迫切需求。本文對剛-柔耦合系統動力學的離散方法進行研究，將近年來發(fā)展迅猛的無網格法和光滑有限元法引用到柔性多體系統動力學中，以期豐富柔性多體系統動力學的變形場離散理論。
　　基于浮動坐標系方法，采用無網格點插值法、徑向基點插值法、光滑節(jié)點插值法、有限元法和假設模態(tài)法對中心剛體-柔性懸臂梁的變形場進行描述并用統一的矩陣形式表示，運用第二類Lagrange方程推導得到作大范

3、圍運動中心剛體-柔性懸臂梁系統的動力學方程。將各離散方法的仿真結果在計算精度與計算效率方面進行對比分析，指出假設模態(tài)法的局限性，驗證無網格法的正確性以及可推廣性。此外，對三種求解動力學方程的數值積分方法做了簡要分析，比較了各方法的計算效率。
　　對作大范圍運動矩形板的建模理論進行了研究?；诒“謇碚摚捎眉僭O模態(tài)法和使用矩形單元和三角形單元的有限元法建立了作大范圍運動矩形薄板的一次近似剛-柔耦合動力學模型。基于Mindlin板理論

4、，采用徑向基點插值法、移動最小二乘法和光滑有限元法描述板的變形場，建立了能處理不同厚長比的作大范圍運動矩形板的一次近似剛-柔耦合動力學模型。此外，計及被忽略的耦合變形量的高階項，建立了作大范圍運動矩形板的高次剛-柔耦合動力學模型。
　　基于Mindlin板理論，采用徑向基點插值法和光滑有限元法對作定軸轉動的中心剛體-懸臂板系統進行了動力學仿真，給出了避免出現剪切閉鎖現象的方法，并與傳統的基于經典薄板理論并采用有限元法和假設模態(tài)法的