基于自然坐标法的复杂机械系统建模与求解

发布时间：2023-01-12 15:22

　　实时仿真对多体系统动力学提出了较高要求,促使多刚体系统动力学理论继续发展。自然坐标法是描述刚体运动的坐标方法之一,用它生成的仿真模型具有独特的简单特性,承载着实时仿真的希望。然而在模型生成过程方面,传统自然坐标法存在着理论不完善、公式复杂、方法难于编程实现等问题,因此不能满足复杂机械系统的仿真需要。为了改进传统自然坐标法,为了实现自然坐标法的工业级应用,本人深入系统地研究了传统自然坐标法的基础理论,做出了如下创新性研究成果： 1.在仿真建模方面,提出了“自然坐标系”的观念,它可以替换“基点和单位矢量的集合”这种传统观念,实现了对各种自然坐标形式的统一表达。基于这种统一观念,提出了下列建模方法,目的是简化动力学仿真模型的生成过程： （i）基于自然坐标系的自然坐标选择方法。方法分为两步：首先为构件建立标准自然坐标系,然后对其施加基本调节操作以得到实际自然坐标系,后者为该构件提供12个合理的自然坐标。该方法可以作为统一的自然坐标选择方法。 （ii）自然坐标系的自适应调节方法。该方法描述了自然坐标系如何自动地调节自身形态去占据周围的空位以使自身权值最大化。该方法将自然坐... 

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源、目的和意义
    1.2 国内外研究概况
    1.3 本文研究内容、创新点与组织结构
    1.4 本章小结
2 传统自然坐标法理论概述
    2.1 引言
    2.2 动力学引例
    2.3 传统自然坐标法与本文研究内容
    2.4 传统自然坐标法的动力学核心理论
    2.5 自然坐标法的特点
    2.6 本章小结
3 自然坐标形式的统一描述方法
    3.1 引言
    3.2 传统的自然坐标形式
    3.3 对传统自然坐标形式的分析
    3.4 自然坐标系
    3.5 自然坐标系的特点
    3.6 本章小结
4 复杂机械系统的自然坐标选择方法
    4.1 引言
    4.2 传统的自然坐标选择方法
    4.3 对传统方法的分析
    4.4 基于自然坐标系的自然坐标选择方法
    4.5 自然坐标系的自适应调节方法
    4.6 实例
    4.7 本章小结
5 基于自然坐标系的质量矩阵计算方法
    5.1 引言
    5.2 传统的质量矩阵计算方法
    5.3 对传统方法的分析
    5.4 基于自然坐标系的质量矩阵计算方法
    5.5 新方法的特点
    5.6 对非常数质量矩阵之合理性的探讨
    5.7 算例
    5.8 本章小结
6 基于简单约束的自然坐标消减方法
    6.1 引言
    6.2 对传统方法的分析
    6.3 "先自动化建模后自动化消减"的策略
    6.4 基于自然坐标常量约束的消减方法
    6.5 基于自然坐标等量约束的消减方法
    6.6 新方法的特点
    6.7 实例
    6.8 本章小结
7 原型系统与复杂机械系统仿真实例
    7.1 引言
    7.2 原型系统NCSim简介
    7.3 大型游乐设施仿真分析
    7.4 双横臂悬架系统仿真分析
    7.5 本章小结
8 全文总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 未来展望
参考文献
附录 攻读博士学位期间发表论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于完全笛卡尔坐标O（N）次正向动力学研究[J]. 孙宏丽,吴洪涛,缪群华,程世利,赵大旭.  机械科学与技术. 2010(03)
[2]动力学仿真中的子系统建模技术研究[J]. 王波兴,胡臻,夏鸿建,陈立平.  计算机集成制造系统. 2007(03)
[3]基于完全笛卡尔坐标的多体系统微分-代数方程符号线性化方法[J]. 戈新生,赵维加,陈立群.  工程力学. 2004(04)
[4]机器人动力学分析的完全笛卡尔坐标方法[J]. 戈新生,刘松,张涌.  机械设计. 2001(10)
[5]基于自然坐标的自由浮动空间机械臂动力学分析[J]. 戈新生,刘延柱.  力学与实践. 2001(03)
[6]完全笛卡尔坐标描述的机械系统动力学分析及软件研究[J]. 戈新生,张涌.  机械科学与技术. 2000(01)
[7]空间机械手逆问题的完全笛卡尔坐标方法[J]. 戈新生,刘延柱.  机械科学与技术. 1998(03)
[8]完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学[J]. 刘延柱.  力学学报. 1997(01)
[9]多刚体系统动力学在转向系和悬架运动学分析中的应用[J]. 上官文斌,黄虎,刘德清.  汽车工程. 1992(01)
[10]多体系统运动学分析的自然坐标法[J]. 水小平,刘伯勋.  北京理工大学学报. 1990(04)

硕士论文
[1]麦弗逊悬架动力学仿真的自然坐标法研究[D]. 董传林.吉林大学 2007
[2]独立悬架的自然坐标法通用仿真程序的开发[D]. 徐哲.吉林大学 2006



本文编号：3730070