多体动力学在机械工程领域的应用

多体动力学在机械工程领域的应用

刘志毅姚敏

关键词：多体动力学；机械工程；应用

机械科学的发展与创新促使机械工程领域的人力资源和物力资源投入大大降低，同时也是机械工程不断发展与进步的必然趋势。大部分机械系统都是将机械方面的各个系统涵盖在内，从而达到有效的多体动力，形成一种多体系统。多体动力学其实是一门相对复杂且全面的高新学科，它综合性相对比较强，因此，其本身具有很大的优势。现如今，多体动力学在机械工程领域范围取得卓越的成就，尤其是在航空和机械制造等诸多方面，多体动力学为我国发展做出重大的贡献。

1、多体动力学的含义

多体动力学主要是将多个部分组合在一起，从而形成一种机械系统，而各个部分的运动以及机械功能的最终实现，并且不同的机械运动都会相对发生位移以及动力等发生不同参数的变化，其发挥着无法替代的作用。多体动力学的模型构建过程比较复杂多变，根据不同工程的实际需求，会构建不同的模型，并且模型中包括众多参数，最主要的是动力学以及运动学相关的参数数据。育有整个过程所涉及的参数比较多，因此，必须合理运用计算机技术，不仅可以有效减轻压力负担，同时还可以对设计过程的效率进行提升。

1.1参考框架和坐标系

机械在正常运动的整个过程中，会发生相对的位移，对此，需要一个科学的衡量标准，而建立一个坐标系是对其相对位移最好的判断。若想建立一个科学和完善的三维坐标系，首先要找到一个最佳的固定体，根据固定体的实际位置确定坐标系的原点位置，并且做出多体动力学模型中的局部坐标系，也就是常说的连体基。连体基会随着系统部件的不断运动从而发生变化。在连体基确定完成之后，局部位置确定使就相对比较容易。固定体和柔性体二者之间存在一定的差别，固定体在发生变化时，柔性体不会受到任何影响，其主要是凭借浮动的坐标对位移变化进行确定，同时根据变化提供的相应参数数据，对其特征进行描述。鉴于此，可以合理利用广义坐标计算，采用卡尔丹角计算方式，或者选择余弦矩阵作为计算元素，从而进行计算。两种计算方式都有自己的优势和特点，根据不同的状况，选择适宜的计算方式。多体动力学的整个参考框架比较明确，只要参考框架确定完成后，其坐标系也就完成了。只有打好坐标系的基础，才能够根据参数数据设计出三维模型，从而完成整个产品。

1.2模型与模型元素

多体系统设计的范围比较广，其中包括多个部分，部件、约束以及力源等等，根据设备的不同结构，这几个部分也会随之发生不同的变化。由于模型元素比较复杂且变化，因此，必须将模型的元素进行分类整理，促使其更加方便和快捷。根据模型要素的总体要求，可以将其分为分析力模型、约束模型约束、部件模型约束以及力模型约束四大类。不同模型的模型元素表现形式也会更加直观，从而促使模型设计能够正常有序的开展，并且科学合理。模型与模型元素这个理念在多体动力学中占据不可替代的地位，只有对模型元素与模型之间的关系进行全面的了解和分析，城能够设计出更好地工业产品，大力推动我国机械工程领域的发展与进步。

2、多体动力学在机械工程领域的应用

近些年来，机械工程领域作为重要的研究对象是多体动力学。在多体动力学的大力推动下，机械工程发展也更加的畅通无阻，从而为我国发展贡献一份力量。因此，文章主要针对多体动力学最主要的动力学分析以及柔性机械臂振动控制两个应用进行介绍。

2.1动力学分析

在机械工程范围领域内，其主要的研究对象就是机器人的运用，并且此项内容也是多体动力学的重要代表。一般情况下，工业领域所使用的机器人主要是由一个分支以及留个自由度构成，各个部分之间相互连接，从而组合成一个完善的整体。在设计的过程中，需要根据实际情况建立频领域以及实践域，同时在这二者的基础之上获取动力学相关的参数数据，将测量获得的点书电流值进行转换，使其变成驱动转矩，聪的计算得出大臂的转矩值。同时，合理利用多体动力学的逆运算，对该设备的驱动转矩进行计算，对计算结果进行详细的分析，看其是否与预期值相同。在得出相关参数数据之后，将这些模型数据进行转换，使其成为真正的物理参数，也就是机器人在设计过程中所需要的重要参考数据。将理论方法与实际情况二者进行有机的结合，从而保证相关数据信息的准确性，保证工业用机器人设计顺利完成，并在完成的过程中在多体动力学的角度上对动力学进行全面的分析。

2.2柔性机械臂振动控制

柔性机械臂一般情况下主要用于轻质重载航天机等一些高精度的航天设备方面，因此，对齐的要求标准相对比较高。柔性机械臂的主要作用是对大范围的高精度位置进行追踪，所以，必须对柔性机械臂进行振动的实际情况进行详细的检查。由于卫星在机械臂震动作用下并不稳定，从而致使其失去稳定性，基于此，多体动力学是最佳的方法。将机械臂振动的整个过程看作是一个柔性的多体系统，从而真正实现多端头振动的有效控制，并且选择模态法或者是有限段法对端头振动进行有效的抑制。根据多次的实践证明得出，如果相对大范围的振动情况进行有效抑制，最为关键的就是在比较恰当的时间内给相关设备施加一个合理的制动力，从而保证柔性臂振动频率不会受到任何因素的干扰。这个时间与机械臂振动以及阻尼之间有很大的关联，想要真正的了解其特点，就必须合理利用多体系的分析方法进行研究。经过不断的实践和研究，运用柔性臂端点变形可以实现对机械臂振动的抑制，并且取得的效果也是众多方法中效果最好的，其振幅也会得到有利的控制。运用力学逆向方法进行计算，也得到同样的结果，足以证明，多体动力学的分析方法非常正确合理。因此，应该合理运用其自身的优势，将其广泛应用到航空设备领域范围内，从而进行更多的项目研究，设计出更多有用的、科学的航空设备。

结束语：

综上所述，多体动力学是目前发展速度最快的高新技术学科内容之一，并且在机械工程领域范围内应用的时间比较长，同时在现代科学技术快速发展的影响下，其呈现出多样化、复杂化的发展趋势，多体动力学不仅在智能识别和现代计算机技术等诸多领域同时在智能机械和航空航天等行业中应用也比较广泛。随着多体动力学的不断发展与进步，机械工程领域对其依赖越来越强，且应用也比较重要，成为机械工程领域不断创新和改革的重要方向。其相关理论知识和应用研究子啊未来机械工程领域中会得到逐步完善，从而推动机械工程领域快速发展。

参考文献：

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[3]王生.多体动力学在机械工程领域的应用探究[J].速读（上旬）,2016,(10):322.