3.3 本章小结 16

4 大范围旋转运动梁的动力学仿真 16

4.1 静定悬臂梁建模与仿真 17

4.2 大范围旋转运动梁建模与仿真 19

4.3 分析比较 20

4.4 本章小结 20

结论 21

致谢 23

参考文献 24

1  绪论

1.1  工程背景

在传统机械工业的现代化进程中，笨重、操作缓慢的传动机械已无法满足快速发展的工业需要，逐渐被新一代的高速、轻型机械装置替代。因此柔性结构的大范围运动在航空航天、兵器与车辆等工程领域中有着大量应用。例如，直升机机翼在空间内做大范围旋转、航天器太阳能帆板和天线展开过程、空间柔性机械手的抓取过程及汽轮机和涡轮发动机叶片在做高速旋转运动等。由于柔性结构一般具有质量轻、大变形等特点，在做大范围空间运动时，物体变形与其整体刚性运动之间会相互耦合，其中柔性体的变形将对系统的动力学行为产生很大的影响。对于这些负载/自重比很大的机械，如何在高速操作中实现准确的定位和运动，其变形（尤其是变形的动力学效应），都有别于多刚体动力学和传统结构动力学，由此即出现了研究变形运动和刚性运动同时出现及耦合的柔性多体系统动力学。文献综述

1.2  柔性多体系统动力学研究现状

1.2.1  建模理论研究

1.2.2  数值算法研究

1.2.3  实验研究

1.3  本课题的工作和内容安排

1.3.1  研究重点

由于柔性结构一般具有质量轻、大变形等特点，在做大范围空间运动时，物体变形与其整体刚性运动之间会相互耦合，其中柔性体的变形将对系统的动力学行为产生很大的影响。本课题要研究的问题即是旋转柔性梁的振动动力学问题，并将重点放在旋转运动对模态的影响上。同时也采用大型商用软件对其进行建模和仿真，将两者结果进行比较。

（1）运用动力学基本理论建立系统动力学方程。

（2）选择合理的数学求解方法，编制相关程序，进行动力学仿真，并对模态进行数值求解。

（3）运用大型商用动力学仿真软件对柔性梁进行建模和动力学仿真，比较两种方法计算的结果。

1.3.2  内容安排

第一章为绪论，介绍了柔性多体系统动力学的工程背景、研究现状、建模方法、研究成果和研究展望，阐述了本文的研究内容。

第二章对做大范围旋转的运动梁进行理论建模，运用拉格朗日方程推导出系统的刚-柔耦合动力学方程。

第三章将建立刚-柔耦合动力学方程的求解策略，以便用C++编程求大范围旋转运动梁的振动模态，并与静定悬臂梁的振动模态比较，分析大范围旋转对振动模态的影响。

第四章运用大型商业软件进行建模和仿真，与上一章得到的振动特性进行比较。验证上一章结论。

2  大范围旋转运动梁的建模理论源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

本文的建模理论基于以下假设：