多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用

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1、多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用鄭旭浩ZHENGXu-hao（吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春130012）（JilinmunicationsPolytechnic，Changchun130012，China）摘要：本文研究多動(dòng)體力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)的模型建立作為基礎(chǔ)，主要包含本模型坐標(biāo)系的建立、模型元素、動(dòng)力學(xué)方程和管理體系的分析等。另外運(yùn)用了在柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力分析中多體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用的實(shí)例來(lái)說(shuō)明了它如何應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域中的高精度制造與位置跟隨。Abstract:Thispaperresearchestheapplication

2、ofthemultibodydynamicsinthefieldofmechanicalengineering.Asthefoundation,theestablishmentofthemultibodydynamicsmodelmainlyincludestheestablishmentofcoordinatesystemofitself,theanalysisofthemodelelements,dynamicequationandthemanagementsystemandsoon.Inaddition,ittakesthecontrolofthefle

3、xiblemechanicalarmvibrationandtheapplicationofthemultibodydynamicsinthedynamicanalysisoftheindustrialrobotforexampletoexpoundhoultibodydynamicsappliedtothehighprecisionmanufacturingandpositionfolloechanicalengineering..jyqkultibodydynamics；mechanicalengineering；endpointvibration中圖分類

4、號(hào)：TH11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A：1006-4311（2014）34-0067-02簡(jiǎn)介：鄭旭浩（1973-），女，吉林通化人，畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，研究生講師，機(jī)械設(shè)計(jì)與理論專業(yè)，現(xiàn)就職吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程機(jī)械分院。0引言大部分機(jī)械系統(tǒng)最全面的完整抽象、高度概括和有效描述就是多體系統(tǒng)，研究與分析機(jī)械系統(tǒng)的最優(yōu)模型形式就是此多體系統(tǒng)。多體動(dòng)力學(xué)作為綜合性的學(xué)科，它綜合了工程力學(xué)、計(jì)算力學(xué)等許多類學(xué)科，它是機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的高新技術(shù)學(xué)科之一。經(jīng)過(guò)數(shù)年發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)現(xiàn)在也融入了其中，并且已經(jīng)實(shí)踐了一段時(shí)間。多動(dòng)體力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)的作用很大，并且這一技術(shù)的應(yīng)用也越

5、來(lái)越多的得到了人們的重視。現(xiàn)在多體動(dòng)力學(xué)主要應(yīng)用于航空、機(jī)械制造、機(jī)器人、車輛及其它眾多工程領(lǐng)域，并且取得了很大的成就。1多體動(dòng)力學(xué)的模型建立多個(gè)不同的部件相連而成機(jī)械多體系統(tǒng)，機(jī)械設(shè)備要想實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)與功能的，機(jī)械裝置的各個(gè)部件將會(huì)發(fā)生作用力、位移、速度等參數(shù)的改變。在多體動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)建模過(guò)程中，它主要包括建立系統(tǒng)的坐標(biāo)系、建立系統(tǒng)部件的模型以及相關(guān)定義約束、力偶。系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)是多體動(dòng)力學(xué)的兩個(gè)研究?jī)蓚€(gè)部分，相對(duì)于經(jīng)典力學(xué)來(lái)說(shuō)，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)中研究的系統(tǒng)都十分復(fù)雜，每個(gè)部件的自由度都有差異，各部件的相對(duì)位移變化也很大。所以，運(yùn)動(dòng)微分方程的建立以及求解過(guò)

6、程中都相當(dāng)復(fù)雜，求解運(yùn)動(dòng)方程還需借助計(jì)算機(jī)技術(shù)。1.1參考框架和坐標(biāo)系剛體就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任意兩點(diǎn)間距離保持不變的物體。任選剛體上的C點(diǎn)建立起一個(gè)空間的三角坐標(biāo)系會(huì)將剛體固定。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)選為C點(diǎn)，此坐標(biāo)系為剛體的連體基，也被稱為局部坐標(biāo)系。連體基都固定于機(jī)械的部件上，部件運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)它運(yùn)動(dòng)，連體基并不會(huì)因?yàn)閯傮w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化而變化。因此，一旦確定連體基的位置后，剛體上的任意一點(diǎn)位置也就已經(jīng)確定了。連體基的參考對(duì)象一般選地面坐標(biāo)系，地面坐標(biāo)系為一個(gè)全局坐標(biāo)的固定值。在多體系統(tǒng)中對(duì)剛體與柔性體的坐標(biāo)定義有差異，我們選擇固定坐標(biāo)定義對(duì)剛體的坐標(biāo)定義，剛體的

7、狀態(tài)而發(fā)生變化時(shí)它不會(huì)隨著變化，選擇浮動(dòng)坐標(biāo)定義柔性體的坐標(biāo)，柔性體的變化會(huì)改變坐標(biāo)系的角位移與線位移，并能夠清晰的表述出柔性體的某些局部變化。建立廣義坐標(biāo)可以直接影響后續(xù)動(dòng)力學(xué)方程的求解速度，所以，為了得到解析坐標(biāo)系的方位，需要選用對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)廣義坐標(biāo)來(lái)確定方向余弦矩陣。其中一種方法是運(yùn)用卡爾丹角或者歐拉角來(lái)作為物體的轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)，該種算法規(guī)范，但計(jì)算奇點(diǎn)附近的數(shù)值時(shí)難度很大，第二種方法是采用余弦矩陣為元素的轉(zhuǎn)動(dòng)廣義坐標(biāo)，而此方法要同時(shí)增加6個(gè)方向的約束方程，并且方程的變量求解難度相對(duì)較大。而對(duì)于基于歐拉參數(shù)作為轉(zhuǎn)動(dòng)廣義坐標(biāo)，該坐標(biāo)的變量求取較少，計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有奇

8、點(diǎn)。1.2模型與模型元素上所述的部件、