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

王晨

武汉科技大学 湖北省武汉市 430081

摘要：近几年来，我国社会经济不断向前进步与发展，也大大提升了机械工程领域的发展质量和发展水平。在对具体行业内容进行拓展的过程中，积极对多体动力学原理进行了解并全面应用，可以在最大程度上提升机械工程行业的发展水平。而笔者在对这一课题进行探究的过程中，也将重点结合多体动力学的基本内涵，对机械工程与多体动力学的联系进行了解。以此通过理论知识和社会实践的结合，进一步的提升我国机械工程领域的发展水平。

关键词：多体动力学；机械工程行业；应用措施

引言：对于机械系统来讲，其在运行和使用过程中抽象性是极强的，要通过高度概括和有效描述来对具体的行为进行展现，所以要想更好的对机械工程行业的相关内容进行了解，首先要做的就是结合最优模型与工程力学、计算机力学等进行融合，这样可以在最大程度上发挥多体动力学的重要优势。在具体应用过程中，还要结合机械工程领域的相关需求，灵活调整应用模式，进而把握具体的发展路径。

一、多体动力学的相关介绍

从专业角度来分析，多体系统主要是由多个不同的部件进行连接而组成的机械系统。在实际应用的过程中，主要是通过运动和机械功能的结合，对各项目标进行实现。一般来讲，相关机械部件要通过用例位移速率等相关参数的变化来对各项任务进行完成。在对多体动力学模型进行搭建的过程中，要结合具体的坐标体系和部件模型等相关参数，对研究对象进行明确。其与经典力学相比，各个系统设计的内容较为复杂，各个部件之间自身的自由程度也有着较大的差异。在对各部位的位移参数进行设定的过程中，要结合具体的情况对相关数据进行调整。整体来看数据信息的获取，还需结合计算机工程系统对相关内容进行整合。具体来讲，基本介绍主要表现在以下几个层面：

1.1关于参考框架和坐标系

对于固定体来讲，其重点强调的是，在对机器运动过程进行把握的过程中，要对任意两个部件之间的距离进行平衡的保持，选择任意固定体的某一点来建立空间三角坐标体系，将其固定。此时会形成固定点和次坐标系，通过局部坐标系的连接，对系统部件运动的过程进行记录。因此，在对连体机进行确定之后，要结合固定体的运动需求，明确具体的参照对象。另外，对于固定体和柔性体的坐标定义来讲，其在多体系统中所展现的差异性较为明显。当固定坐标或者是柔性体确定做包时，如果固定体的状态发生了变化。此时由于系统不同，坐标不会发生变化，而是利用浮动坐标来对柔性体的坐标位置进行准确的确定。所以，在这种情形之下，为了更好地对坐标系的具体位置进行明确，要结合转动广义坐标，来对余弦矩阵进行计算。

1.2关于模型与模型元素

对于多体系统的组成部分来将讲，其包含的内容是比较丰富的。比如包括部件、约束以及力元这些元素。在具体使用的过程中，要结合具体的机械设备结构，对机械设备中的元素多样化特征进行了解。比如，在对机械设备中的约束元素进行了解的过程中，要对要素的属性种类进行明细。从整体上来看。多体动力学系统主要包括模型元素约束模型、部件模型约束和力模型约束。

1.3关于多体动力学模型的表达分析

在对多体动力学模型的表达内容进行分析的过程中，一般要了解系统内部以及外部的约束作用，结合机械设备中的模型建立过程，对各个部件进行明确的定义。首先，对于铰来讲，其作为机械设备当中的运动副，在具体应用的过程中，应将多体动力学中各个部件的约束作为铰。其次，力元。在具体应用的过程中主要是在多体动力学的作用之下，使各个部件可以在相互作用中进行运动。再次，外力偶。其主要表达的是多体系统当中内部各个零部件所承受的外力作用。最后，拓扑结构，这一元素所表达的是多体系统当中内部各个部件之间的相互联系以及链接方式。

二、多体动力学在机械工程领域的具体应用

在对多体动力学进行把握的过程中，应结合具体内涵和应用范围，对机械工程领域发展过程中的各项细节进行满足，这样既可以发挥多体动力学的原理优势，也可以推动机械工程领域的健康发展，可以说了解多体动力学的基本内涵是极具价值的。具体来讲其重要应用主要表现在以下几个不同的层面：

2.1基于机械手臂以及动力学的运用内容分析

在对机械工程领域的相关内容进行推进的过程中，可以通过机械手臂以及动力学的形式，对具体的工作性质进行明确和展现。而工业机器人则是非常普遍的存在，工业机器人一般是由一个分支和六个自由体组合而成的。在具体应用的过程中，通过刚体联结，展现具体的多体动力学模型。一般要结合具体的频率域和时间域对运动状态进行分析。首先，要结合高速摄像仪，对设备运行过程中的参数进行获取和整合。结合测量的电数电流数值对具体的运动状态进行判断。其次，要利用多体动力学中的逆运算方式，对设备运行过程中驱动转距的平均数值进行获取和整合。在对静态参数数据进行模拟的过程中，进一步的把握设备自身的物理参数数据，这样既可以对工程设备当中的刚度系数进行获取，也可以结合具体的设计过程，更加精准的模拟机械设备的运行状态，对于数据分析时效性的有效提升具有十分重要的积极影响。2.2基于柔性机械臂震动控制的运用内容分析

当然，除了上述应用之外，在实际对多体动力学进行应用的过程中，也可以在柔性机械臂之中进行有效的应用。一般来讲，轻质重载航天机械臂可以应用于航天领域之中。在端点位置要结合具体的指令进行跟踪运动，并拓展运动范围，其精度要求较高。一般要对卫星的运动稳定性进行明确。所以，在多体动力学的指引之下，机械臂可以结合合理的震动控制范围，对构造机理优势进行有效的发挥。主要是柔性多体系统优势的展现，在此基础之上，要利用模态法或者是有线断法对震动控制的稳定性进行控把握。通过震动的弱化和减小，进一步的提升设备运动的精准程度。除此之外，在实际对多体动力学的相关内容进行应用的过程中，也要对多体系统的动态属性进行明确。在不改变端点形状的同时，有效地减小柔性臂自身的振动幅度。

结束语：综合以上论述，在对多体动力学进行应用的过程中，积极结合机械工程领域的重点需求，对不同的部件优势进行展现，可以在最大程度上使多体动力学的价值发挥到极致。在今后的工作部署中，相关单位还要充分把握多体动力学与机械工程领域的重要结合，以此提升机械领域整体的发展水平。

参考文献：

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