多体动力学在机械工程领域的应用
时间：2020-12-09 20:01:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]作为机械工程领域中的重要组成部分，多体动力学一直以来备受社会各界的广泛关注，许多的学者以及实践者站在宏观发展的角度，立足于机械工程领域发展的现实情况对多体动力学进行进一步的分析以及研究。其中多体动力学在机器人、兵器、机械、航空领域之中发挥着关键的作用，许多的研究学者将不同领域的具体发展情况与现有的多体动力学相结合，通过动态优化以及评估了真正的实践理论与实践之间的紧密结合。本文以机械工程领域为切入点，具体分析多体动力学在该领域之中的相关应用，以期为实现我国多体动力学研究质量以及研究水平的提升提供一定的借鉴。
[关键词]多体动力学；机械工程
中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0196-01
一、引言
在推动改革开放的过程之中，多体动力学在我国获得了快速的发展，同时在现有的机械领域之中，许多的实践工作开始将多体动力学作为重要的发展依据，比如智能机器人利用这一高新技术学科，站在计算力学，生物力学，理论力学及材料力学的角度，通过对现代化计算机技术的深入分析以及研究来不断的提高研究质量以及实践水平。从目前来看，在人体科学，机械制造，车辆，航空以及高速机构等不同的工程领域中，多体动力学实现了快速的应用以及发展。
二、多体动力学的模型建立
机械多体系统所涉及的环节相对比较复杂，包括许多不同的运动附件以及元件部位，在整个机械设备运作的过程之中，大部分的设备会严格按照机械装置的具体内部要求以及运作速度进行针对性的筛选，结合实际情况改变无关的参数和指标。在积极的构建多体动力学系统模型的过程之中，参与者必须要对系统部件的模型，系统建立的坐标系以及不同的约束力和具体的定义进行进一步的分析以及研究。与多体动力学相关的各类研究主要以运动学以及动力学为基础，与经典力学相比，在对多体动力学进行分析时，该理论所涉及的系统以及相关的因素比较复杂，大部分的部件的自由度有所区别，每一个部件在实践运作过程之中会产生比较大的相对位移。因此为了保障最终模型建立的科学性和有效性，相关工作人员必须要运用运动微分方程的形式来积极的了解整个求解过程，充分的发挥计算机技术的作用以及价值，保障整个运动方程求解的正确性。
（一）参考框架和坐标系
在对机械运动进行分析以及研究时，任意的两点之间的距离保持不变的物体被称之为刚体，在刚体之中可以选择任意一个位置来建立一个相对应的三角坐标系，以此来固定整个物体，另外还可以选择一个坐标系的原点构建连体积，其称作为局部坐标系。这种连体积会直接固定在不同的机械部件之上，同时部件在运动的过程之中也会带动连体积的运动，但是刚体的运动状态并不会受到一定的影响，因此只要确定能连体积的位置就可以直接按照坐标系来进行相应位置的参考以及分析。
（二）模型与模型元素
在对多体动力学系统进行分析时必须要移动力学模型为切入点和核心，具体包括不同的部件约束力以及相关的力元素，对于机械设备来说机械设备的内部构建立有利于语言的种类比较复杂，因此必须要结合不同的要素进行科学的管理，了解各个要素的具体属性并对其进行合理的分类，大体可以划分为力模型约束、部件模型约束和分析力模型元素。
三、多刚体系统动力学方程
在积极推导质点系动力学方程的过程之中，矢量力学方法能够保障整个研究的直观性以及简单性，该研究方法以矢量形式为切入点，通过对牛顿力学理论的深入分析来积极的构建完善的动力学方程。其中欧拉方程组则采取这种方式来对现有的多体动力学进行研究，这种研究方法能够实现刚体空间运动分解的有效性，了解不同运动的具体状态，积极的分析力学之中不同物理原理。多体动力学的应用相对比较广泛，同时大部分的应用主要以质点动力学方程为主，其中对于多刚体系统来说，在整个方程建立以及计算的过程中所涉及的内容以及元素相对比较复杂，因此需要综合考虑各类影响因素，以此来保障整个力学方程建立的有效性。
四、多体动力学在极限领域之中的实际应用
首先，在工业机器人之中，多体动力学的应用相对比较广泛，作为典型的多体动力学经典模型，工业机器人动力学分析主要以六个自由度以及一个分支组成，每一个部件之间的联系比较紧密，大部分主要以不同的时间域以及频率为主，通过高速摄像以测量设备的分析来了解不同的运动参数，以此来进行有效的电流值转化。另外在对机器人进行设计以及研究时还可以采取多体动力学模型建立的形式，了解不同的动力学因素，更好的保障数据分析的效率以及质量。
除了工业机器人之外，在柔性机械臂振动控制之中多体动力学也发挥着关键的作用，作为一种精度比较高的航天技术设备，轻至重载航天机械臂的应用和研究必须要以不同断点的高精度位置跟踪为基础和前提，从而在较大的范围之内实现位置的科学跟踪以及合理处理。在落实工作任务的过程之中，相关的操作者必须要结合机械臂的具体使用情况进行合理的控制以及管理、在具体运作相关的机械设备会产生一定的震动，振动作用会直接影响整个卫星的稳定性，因此为了保障状态的和谐度，在使用和操作的时候必须要了解端点振动的具体情况，并采取针对性的控制策略。
从目前来看，大部分的设计工作者会积极的建立一个柔性的多体系统，采取模态法的形式来实现对端头镇度的合理控制以及管理，另外结合相关的实践调查以及控制分析可以看出，在较小的范围之内，如果柔性臂端点振动的相关频率能够得到有效的抑制，那么必须要在设备的端头增加一个制动力，通过对时间点以及柔性臂的深入分析来深入的了解这两点与具体震动频率之间的相关性。除此之外，工作人员还需要了解伺服系统的动态特征，结合相关的时间调查可以看出，大部分的工作人员会采取柔性臂端点变形的形式来积极的对不同的环节进行有效的反馈，了解具体反馈的效果，真正的实现效果的最大化，将机械臂的振动幅度控制在有效的范围之内。需要注意的是，整个机械臂以及多体动力学的应用所涉及的内容以及范围相对比较复杂，工作人员需要严格按照力学立项计算的形式积极的了解最終的计算结果，直接将一个制动力与现有的机械臂相结合，不断提高控制力度，只有这样才能够保证最佳的效果以及水平。
四、结语
在机械工程领域之中多体动力学发挥着关键的作用和价值，该理论的应用不仅符合机械工程领域发展的实质要求，还能够站在宏观的角度积极的加强不同环节之间的联系，在机械领域之中多体动力学的发展速度相对比较快，同时发展历程较久，因此工作人员可以积极地利用计算机技术以及智能识别技术来实现有效的融合以及应用，保障在智能机器以及航空海天之中都能够发挥多体动力学的作用，积极的突破目前机械领域发展所存在的各类桎梏。
参考文献
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