多体系统动力学通用仿真软件的扩展及工程应用

论文摘要

柔性多体系统动力学研究的最终目的之一是为工程技术人员提供一个计算结果可靠、效率较高的通用软件系统,对各种复杂的对象进行动力学仿真。为了扩大柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB的应用范围,使其更好地为实际工程问题服务,本文对CADAMB软件系统进行了扩展,并运用扩展后的软件系统对航天器柔性附件驱动机构的动力学行为进行了研究。本文首先介绍了柔性多体系统动力学的工程背景、研究意义、国内外的研究现状以及多体系统动力学仿真软件开发情况,提出了本文的研究目标和主要内容。第二章是全文的理论基础,主要介绍了柔性多体系统动力学的单向递推组集建模方法。首先利用速度变分原理推导了单个柔性体的动力学方程,然后由铰和铰作用点的运动,得到了任意物体与其内侧物体之间的运动学递推关系,最后应用运动学递推关系,将绝对运动学量向相对运动学量转换,得到了以铰坐标和柔性体模态坐标为系统广义坐标的柔性多体系统动力学方程。第三章对柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB进行了扩展,主要是仿真计算模块和模型定义模块的扩展,并增加了摩擦库,使其可对带结构阻尼的柔性体和考虑摩擦的铰进行定义,并能够解决系统在任意激励下的动力学正逆混合问题,从而扩大了该仿真软件的应用范围,可以更加准确的建立柔性多体的的动力学模型,使其更好地为实际工程问题服务。第四章运用扩展后的软件系统对航天器柔性附件驱动机构的动力学行为进行了研究。本章以某型号飞船为研究对象,采用单向递推组集建模方法建立其柔性多体动力学模型,并运用扩展后的柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB对航天器柔性附件驱动机构的动力学行为进行了研究。主要研究了航天器在轨各工况柔性附件对其驱动机构的干扰,通过不同模态计算所得到的结果进行对比,并结合航天器的运动条件和柔性附件的固有特性,分析了干扰的作用机理,并对在这种干扰下驱动机构所受到的阻力和所应提供的驱动力进行了动力学仿真。这为航天器的总体设计和控制系统设计提供了参考依据,同时也验证了扩展后的柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB的正确性和完善的分析功能。第五章是全文总结,提出了本文的创新点和主要贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的工程背景和意义
• 1.2 多体系统动力学的研究现状
• 1.3 多体系统动力学仿真软件
• 1.4 本文的主要研究目标和内容
• 第二章 柔性多体系统单向递推组集动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 单柔性体动力学方程
• 2.3 邻接物体的运动学递推关系
• 2.4 系统动力学方程的递推组集
• 2.5 本章小结
• 第三章 多体系统动力学仿真软件的扩展
• 3.1 引言
• 3.2 软件主要模块简介
• 3.3 仿真计算模块的扩展
• 3.4 模型定义模块的扩展
• 3.5 摩擦库的增加
• 3.6 本章小结
• 第四章 航天器柔性附件驱动机构的动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 带柔性附件的航天器动力学模型
• 4.3 柔性附件对航天器驱动机构的干扰
• 4.4 驱动机构阻力矩和输出力矩研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书