柔性多體正逆混合問題仿真的若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著航天科技的發(fā)展，多體動力學(xué)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用正逐漸擴(kuò)展，單純的動力學(xué)正問題計(jì)算求解已不能滿足工程需要，動力學(xué)正逆混合問題成為了對多體動力學(xué)的普遍需求，為此本文將研究其中的若干關(guān)鍵問題，以擴(kuò)大柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)在工程中的應(yīng)用范圍。
　　目前，航天器的柔性附件設(shè)計(jì)正向著幾何復(fù)雜、高柔性、大撓度、材料非線性等方向發(fā)展，對航天器系統(tǒng)的動力學(xué)仿真提出了更高的要求。因此，本文的主要研究命題即為多體動力學(xué)軟件與有限元的對接、非線性模型的處理與

2、模態(tài)密集模型的降階三個部分。
　　第一章給出了本文的研究目的和意義，介紹了多體動力學(xué)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與多體動力學(xué)仿真軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)情況，提出了本文的研究目標(biāo)和主要內(nèi)容。
　　第二章介紹了柔性多體系統(tǒng)單向遞推組集動力學(xué)模型，該理論是全文的理論基礎(chǔ)。首先利用速度變分原理推導(dǎo)了單個柔性體的動力學(xué)方程，接著由鉸和鉸作用點(diǎn)的運(yùn)動，得到了任意物體與其內(nèi)側(cè)物體之間的運(yùn)動學(xué)遞推關(guān)系，然后應(yīng)用運(yùn)動學(xué)遞推關(guān)系，將絕對運(yùn)動學(xué)量向相對運(yùn)動學(xué)量轉(zhuǎn)換，得

3、到了樹系統(tǒng)中以鉸坐標(biāo)和柔性體模態(tài)坐標(biāo)為系統(tǒng)廣義坐標(biāo)的柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)方程，最后引入切斷鉸和派生樹系統(tǒng)的概念，得到非樹系統(tǒng)的動力學(xué)方程，形成了封閉的理論基礎(chǔ)。
　　第三章是多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件與有限元分析軟件的接口拓展。在介紹基于單向遞推組集動力學(xué)方法的CADAMB軟件系統(tǒng)之余，重點(diǎn)闡述了數(shù)據(jù)接口創(chuàng)建的思路和方法。該方法利用Matlab科學(xué)編程語言的數(shù)據(jù)讀寫語句，能夠通過MSC.Patran等有限元分析軟件的輸出文件生成CADA

4、MB軟件系統(tǒng)的輸入文件。接口分為頻率讀取子模塊、模態(tài)讀取子模塊、節(jié)點(diǎn)位置讀取子模塊和節(jié)點(diǎn)質(zhì)量讀取子模塊，具有通用性，與有限元軟件使用的求解器無關(guān)。擴(kuò)展后的CADAMB軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)通過有限元軟件，對任意復(fù)雜的工程模型進(jìn)行定義，從而擴(kuò)大了該軟件系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
　　第四章是帶撓性附件的航天器系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性研究。以某空間站為研究對象，采用單向遞推組集建模方法建立其柔性多體動力學(xué)模型，在驗(yàn)證了擴(kuò)展后的CADAMB軟件系統(tǒng)的正確性

5、之后，以之對空間站系統(tǒng)在軌各工況的線性與非線性動力學(xué)響應(yīng)做了仿真計(jì)算，并進(jìn)行對比，揭示了撓性航天器系統(tǒng)混合問題的動力學(xué)仿真采用非線性模態(tài)的必要性，同時說明了擴(kuò)展后的CADAMB軟件系統(tǒng)對非線性模態(tài)的處理能力。
　　第五章是帶模態(tài)密集撓性附件的航天器系統(tǒng)的模型降階研究。引入了模態(tài)價值分析準(zhǔn)則，對模態(tài)密集的撓性附件做了針對約束力的模態(tài)價值分析，并依此進(jìn)行模型縮減，并仿真計(jì)算驅(qū)動機(jī)構(gòu)行為響應(yīng)，與原模型進(jìn)行的計(jì)算結(jié)果對比，驗(yàn)證了模態(tài)價值準(zhǔn)