剛體系統(tǒng)非定點(diǎn)碰撞運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、含摩擦或碰撞等非光滑約束的剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題具有重要的工程背景，且至今仍是國(guó)際上該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是當(dāng)剛體系統(tǒng)碰撞點(diǎn)隨時(shí)間不同而變化時(shí)，如何準(zhǔn)確地確定碰撞點(diǎn)的位置并給出有效的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬方法是解決剛體系統(tǒng)碰撞問(wèn)題的關(guān)鍵所在。
　　本文旨在保留剛性假設(shè)的前提下，針對(duì)桿狀、矩形薄板等具有特殊形狀的剛體系統(tǒng)，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中潛在接觸點(diǎn)對(duì)及其之間的最小距離可以根據(jù)幾何體的特性來(lái)求解的特點(diǎn)，避免了進(jìn)入到一般性剛體碰撞識(shí)

2、別繁瑣復(fù)雜的迭代搜索過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該類含有碰撞接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程的剛體系統(tǒng)的實(shí)用簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　對(duì)相同初始條件下，勻質(zhì)剛性桿、圓板及矩形薄板與地面發(fā)生多次非定點(diǎn)碰撞的過(guò)程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，通過(guò)比較分析，可以得到結(jié)論：剛體因形狀不同從而導(dǎo)致接觸碰撞模式不同，則即使初始條件相同，相應(yīng)的碰撞動(dòng)力學(xué)響應(yīng)也會(huì)有較明顯的差別，從而驗(yàn)證了剛體系統(tǒng)的幾何學(xué)研究在揭示剛體系統(tǒng)碰撞運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面的重

3、要意義；
　　研究了平面機(jī)械臂系統(tǒng)的一般性碰撞問(wèn)題，該系統(tǒng)碰撞點(diǎn)的不確定性增加了在處理碰撞識(shí)別及計(jì)算碰撞沖量方面的難度。依據(jù)機(jī)械臂系統(tǒng)的幾何特點(diǎn)，得到了相對(duì)簡(jiǎn)單的在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中檢驗(yàn)何時(shí)、何處發(fā)生接觸碰撞的方法，運(yùn)用拉格朗日方法分別推導(dǎo)了非碰撞階段和碰撞階段的動(dòng)力學(xué)方程，從而建立了描述含有光滑碰撞過(guò)程的機(jī)械臂系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一般性框架。應(yīng)用MATLAB對(duì)數(shù)值算例進(jìn)行了模擬，模擬的結(jié)果同實(shí)際物理過(guò)程相符，從而間接證明本文所提供的計(jì)算方法的