柔性多體正逆混合問題仿真的若干關鍵問題研究.pdf

1、隨著航天科技的發(fā)展，多體動力學在航天領域的應用正逐漸擴展，單純的動力學正問題計算求解已不能滿足工程需要，動力學正逆混合問題成為了對多體動力學的普遍需求，為此本文將研究其中的若干關鍵問題，以擴大柔性多體系統(tǒng)動力學在工程中的應用范圍。
　　目前，航天器的柔性附件設計正向著幾何復雜、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，介紹了多體動力學國內外研究現(xiàn)狀與多體動力學仿真軟件的設計開發(fā)情況，提出了本文的研究目標和主要內容。
　　第二章介紹了柔性多體系統(tǒng)單向遞推組集動力學模型，該理論是全文的理論基礎。首先利用速度變分原理推導了單個柔性體的動力學方程，接著由鉸和鉸作用點的運動，得到了任意物體與其內側物體之間的運動學遞推關系，然后應用運動學遞推關系，將絕對運動學量向相對運動學量轉換，得

3、到了樹系統(tǒng)中以鉸坐標和柔性體模態(tài)坐標為系統(tǒng)廣義坐標的柔性多體系統(tǒng)動力學方程，最后引入切斷鉸和派生樹系統(tǒng)的概念，得到非樹系統(tǒng)的動力學方程，形成了封閉的理論基礎。
　　第三章是多體系統(tǒng)動力學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方法的CADAMB軟件系統(tǒng)之余，重點闡述了數(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)點位置讀取子模塊和節(jié)點質量讀取子模塊，具有通用性，與有限元軟件使用的求解器無關。擴展后的CADAMB軟件系統(tǒng)可實現(xiàn)通過有限元軟件，對任意復雜的工程模型進行定義，從而擴大了該軟件系統(tǒng)的應用范圍。
　　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模型，在驗證了擴展后的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響應做了仿真計算，并進行對比，揭示了撓性航天器系統(tǒng)混合問題的動力學仿真采用非線性模態(tài)的必要性，同時說明了擴展后的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，并依此進行模型縮減，并仿真計算驅動機構行為響應，與原模型進行的計算結果對比，驗證了模態(tài)價值準