多体系统动力学理论如何优化机械工程论文

  摘要::多体系统动力学理论在机械工程中有非常广泛的应用。在机械工程中应用多体系统动力学理论,一种常见的方法就是构建有关模型,其具有简化计算难度的功效。而本文则对多体系统动力学理论实际应用、动力学分析以及机械臂分析做出了相应的介绍。

  关键词:多体系统动力学理论;机械工程;模型

  随着现代社会的不断发展,机械工程在现代社会的应用越来越多。而在进行机械工程相关事宜研究时,多体系统动力学理论起到了很大的作用。又因为机械工程在计算方面是相当复杂的,因此相关人员应该对多体系统动力学理论有足够的重视。

  一、构建有关多体系统动力的模型

  随着机械工程在现代社会的重要性不断地提升,多体系统动力在很多地方都有了应用。然而直接应用多体系统动力系统理论进行有关机械工程相关的分析是相当复杂的,因此相关人员必须使用一定的方法来简化计算上的难度。构建有关多体系统动力的模型就是简化计算难度的一个好方法。在机械系统中,其具有非常多复杂的部分。有时候,机械系统需要完成某一方面的功能,这就需要大量的部件之间协同工作。为了让大量部件能够更好地进行协同工作,相关人员必须要设置好有关部件的参数,例如:位置、速度等。在构建有关多体系统动力的模型时,相关人员需要注重以下几个方面:第一,选择合适的坐标系,建立模型后定义完整的约束。在选择合适的坐标系之时,相关人员一定要对坐标系的参照物做出挑选,使之满足具有变化小的特点。第二,选择合适的工具来简化模型的操作难度。由于机械工程相关的多体系统动力是非常复杂的,因此在实际的应用中,相关人员有可能会建立很多形式复杂的方程,例如:大量的微分方程。这时利用模型系统进行求解不仅是复杂的,其还有可能会耽误很多时间。为了解决这个问题,相关人员可以运用相关的工具包。当然,其也可以利用互联网技术来进行相关求解。第三,应用一些多体系统动力上的小技巧。在应用多体系统动力相关模型的时候,相关人员可以使用一些小技巧来简化对模型的操作。这就比如说:对于距离恒定的两个物体,相关人员可以选择刚体上随意的一点,使之形成三角坐标系,而这可以保持刚体结构上的稳定。当然,除了三角坐标系,相关人员也可以根据自己实际的需求而建设其他坐标系,例如:局部坐标系。第四,需要对多体系统动力中相关的理论有充分的认知。多体系统动力是一个非常庞大的动力系统,在这个动力系统中存在很多细小的知识。而很多情况下,细小的知识对多体系统动力模型的建立与使用都具有很重要的意义,因此相关人员必须精益求精,对其中细微的知识点加以应用。一些细微的知识点包括:当连体基具有了确定的位置后,刚体上所有点的位置都已经确定、选择地面作为坐标参考系是一种常见的方法、为了较好地解决有关柔体运动的特性,相关人员可以在建立广义坐标系的基础上使用方向余弦矩阵有关的理论。第五,针对不同的情况使用不同的方法。参考卡尔丹角或者欧拉角是一种常见地解决物体转动坐标中问题的方法。但是这种规范度较高的方法却不适用于所有情况,这就比如说:用其计算奇点附近相关的数据难度是很大的。而在这种情况下,相关人员可以另辟蹊径,采取余弦矩阵转动广义坐标的方法实现相关计算。

  二、多体系统动力学的实际应用

  (一)实际应用方面

  在实际的机械工程中,多体系统动力学具有非常广泛的应用。这就比如说:汽车、航天、机器人、机械数控等。随着社会的发展,汽车、航天、机器人、机械数控在现实社会中的重要性越来越大,其是现代社会能够较好运行的基础。而多体系统动力学对这些现实社会中实际应用而言也具有很强大的促进作用。例如:在汽车设计的过程中,设计者可以将汽车车身当做柔性体,使用集中质量法对其进行离散化的处理。在此过程中,其可以应用多体系统动力学上的知识对转动惯量的影响加以考虑。而在完成一些细节后,其可以使用上文中提到的机械工程多体系统动力学模型建立的方法来建立完善模型、添加完善的约束条件。而使用这种方法所具有的好处是:相关人员可以对汽车设计有更直观的认知,可以更好地发现设计中存在的问题并及时对问题做出改善处理。

  (二)动力学分析

  动力学分析是多体系统动力学中非常重要的一个方面。在很多情况下,进行动力学分析的直接对象都为工业型机器人。当然,与此同时工业型机器人也是较为经典的模型。在对动力学模型进行分析的过程中,相关人员往往会通过铰来实现动力模型中不同部分的联系。获取正确的参数也是进行动力学分析中非常重要的一个部分。在实际的应用中,相关人员具有多种获取参数的方法,例如:利用高速摄像仪进行信息的捕获。在应用多体系统动力学进行一系列的转换运算与处理之后,技术人员就能够获得关于工业机器人的详细信息,包括:当量阻尼系数、刚度等。采取这种方式具有的好处为:简化分析者的分析信息,使之能够对其的质量做出较好的把控。

  (三)对机械臂进行分析

  机械臂是机械工程中经常会应用到的一个设备,其在很多不同的工业都有应用,例如:重载航空机械臂、工业制造机械臂。由于机械臂具有特殊的应用功能没想过人员需要对其精确度加以把控,其要保证机械臂具有较好的稳定性。为了提高机械臂的稳定性,相关人员可以采取的研究方法有:模态法、有限段法。在应用这些方法的基础上,相关人员需要采取一定的调查实践,由此设计出最适宜的机械臂参数。

  三、总结

  在机械工程中应用多体系统动力学理论具有简化机械工程相关计算和操作的作用。一种利用多体系统动力学理论解决多体系统动力学理论中存在问题的方法为:利用多体系统动力学理论建造与之相关的模型。多体系统动力学理论应用在很多实际生活中,包括:汽车、航天、机器人、机械数控等。而在应用多体系统动力学理论之时,相关人员不能够忽视动力学分析和对机械臂的分析。

  参考文献:

  [1]董艳辉.多体动力学在机械工程领域的应用[J].建筑工程技术与设计,2017(17).

  [2]李晓星.机械工程中的多体系统动力学问题研究[J].工程技术:文摘版,2016(8):00162.

  [3]丁娟.变结构多体系统动力学建模与仿真[D].南京理工大学,2017.

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