變拓撲系統(tǒng)的動力學(xué)仿真技術(shù)研究.pdf

1、計算機仿真是分析評價現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀態(tài)或優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)性能的一種技術(shù)手段，其在工程領(lǐng)域的運用主要表現(xiàn)為 CAE 技術(shù)。本文的主要工作是圍繞變拓撲多體系統(tǒng)的動力學(xué)建模、仿真計算與軟件實現(xiàn)展開的。 變拓撲系統(tǒng)動力學(xué)模型的顯著特點就是在運動過程中系統(tǒng)的自由度會發(fā)生突變。傳統(tǒng)的多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件在處理變拓撲系統(tǒng)的動力學(xué)仿真問題上存在著一定的局限性，不易于用戶快速、高效地進行系統(tǒng)的動力學(xué)仿真。針對變拓撲系統(tǒng)的特點，提出拓撲切換條件，賦予軟

2、件實現(xiàn)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)自動切換的功能，從而使得能夠連續(xù)處理變拓撲模型，并建立任意拓撲結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)動力學(xué)方程，然后對此方程求解。 本文主要以低壓斷路器為研究背景，首先介紹了利用笛卡兒數(shù)學(xué)模型建立系統(tǒng)動力學(xué)方程的建模方法。接著，通過引入拓撲切換條件，解決了多剛體系統(tǒng)的變拓撲問題在仿真軟件中的連續(xù)處理能力。然后，考慮到復(fù)雜機械系統(tǒng)中往往存在著多處的機構(gòu)干涉和限制，提出了多剛體系統(tǒng)的接觸碰撞模型，研究了多剛體系統(tǒng)接觸碰撞的處理方法，并且討論了

3、確定性碰撞點和非確定性碰撞點的計算方法。最后，介紹了變拓撲系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件的組織，并且以某型號低壓斷路器的動力學(xué)仿真為例說明軟件系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 第一章介紹了本文研究的工程應(yīng)用背景，多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究現(xiàn)狀，計算機仿真技術(shù)研究的現(xiàn)狀和意義，以及本文的研究目標和任務(wù)。 第二章研究了變拓撲系統(tǒng)動力學(xué)仿真的建模理論。首先介紹了變拓撲系統(tǒng)的動力學(xué)建模方法，以多剛體系統(tǒng)動力學(xué)笛卡爾數(shù)學(xué)模型理論為基礎(chǔ)，動力學(xué)模型為基于帶拉格

4、朗日乘子的第一類拉格朗日動力學(xué)方程。然后，討論了多剛體系統(tǒng)的變拓撲問題，在拓撲切換條件下，實現(xiàn)拓撲模型的自動切換，并為軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了設(shè)計方案。最后，討論了多剛體系統(tǒng)的接觸碰撞問題，提出了碰撞點計算的近似算法和精確算法，以及對于確定性碰撞和非確定性碰撞的處理方法。 第三章介紹了變拓撲系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。首先介紹了軟件系統(tǒng)的前處理模塊，主要是完成對多體系統(tǒng)模型的參數(shù)定義，以及碰撞點的近似計算。其次，介紹了軟件系