复杂柔性多体系统耦合动力学的键合图法.pdfVIP

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．34No．11 第34卷第1I期 University Technology Science 2006 2006年11月 (Natural Edition) November 1．0033—06 文章编号：1000-565X(2006)1 复杂柔性多体系统耦合动力学的键合图法术 王中双陆念力 (哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：为提高多能域耦合复杂平面连杆机构系统动力学分析的效率及可靠性，提出了 键合图法．阐述了非惯性系下综合考虑刚、弹性及多能域相互耦合的平面柔性多体系统键 合图模型的建立方法，推导出便于计算机自动生成的完整形式的系统状态方程及运动副 约束反力方程的统一公式．将约束反力视做未知势源加在系统键合图相应的0．结处，克 服了微分因果关系及非线性结型结构所带来的难以解决的代数问题，实现了计算机自动 建模及仿真．最后通过实际算例验证了所述方法的有效性． 关键词：键合图；耦合动力学；平面柔性多体系统；非惯性系 中图分类号：THll3 文献标识码：A 高速机构或机械系统，由于惯性力和惯性力矩 (例如，非惯性系平面柔性多体机械系统)，构件间 的作用，会引起杆件的变形及基础的振动．尽管目前 非线性几何约束导致其系统键合图模型具有微分因 有许多平衡技术¨。2。，但实际中很难消除这种振动． 果关系及非线性结型结构．这给在计算机上自动建 另外，为了隔振，常将机器固定在弹性缓冲器上．当 立系统动力学方程及运动副约束反力方程带来了相 将坐标系固结在做非惯性运动(角加速度或质心加 速度不为零)的机座上时，称之为非惯性系．在非惯 Tutsim等软件对该类系统进行动态分析J．为解决 性系中运动的系统，称为非惯性系系统．因此，研究 非惯性系平面柔性多体系统的动态分析问题具有实 Margolis将虚拟的容性元件加在铰接点处∞J．该方 际意义．该问题从理论上讲¨剖没有什么困难，但在 法使得系统状态变量的数目增加，降低了仿真效率． 实际应用中，用手工列出系统的状态方程及运动副 同时，人为地导致系统动力学方程刚性问题的产生 约束反力方程既复杂又易出错．因此，如何使这一过 或加重其病态程度．(2)文献[8]提出了拉格朗日键 程在计算机上自动地进行是十分值得研究的问题． 合图方法．该方法仅限于机械能域，并且无法直接确 以分析力学及弹性力学为基础的解决该问题的方 定运动副动反力．(3)文献[9—12]提出并扩展了向 法”刮对于多种能量形式并存的系统具有局限性．键 量键合图的方法．该方法非常适用于三维机械系统 合图理论∞1为该问题提供了颇具特色的解决途径， 的建模，并且表达形式简洁．但无法直接用于多能域 但尚需做进一步的研究．应用键合图理论在计算机 系统．本研究给出的方法，有效地解决了上述问题． 上实现系统动态分析自动化的关键问题之一是如何 合理地建立系统的键合图模型．对一些非线性系统 1 系统键合图模型 任何系统都可