變拓?fù)湎到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)仿真是分析評(píng)價(jià)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能的一種技術(shù)手段，其在工程領(lǐng)域的運(yùn)用主要表現(xiàn)為 CAE 技術(shù)。本文的主要工作是圍繞變拓?fù)涠囿w系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、仿真計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn)展開的。 變拓?fù)湎到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的顯著特點(diǎn)就是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)的自由度會(huì)發(fā)生突變。傳統(tǒng)的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件在處理變拓?fù)湎到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真問(wèn)題上存在著一定的局限性，不易于用戶快速、高效地進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真。針對(duì)變拓?fù)湎到y(tǒng)的特點(diǎn)，提出拓?fù)淝袚Q條件，賦予軟

2、件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)切換的功能，從而使得能夠連續(xù)處理變拓?fù)淠Ｐ停⒔⑷我馔負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，然后對(duì)此方程求解。 本文主要以低壓斷路器為研究背景，首先介紹了利用笛卡兒數(shù)學(xué)模型建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的建模方法。接著，通過(guò)引入拓?fù)淝袚Q條件，解決了多剛體系統(tǒng)的變拓?fù)鋯?wèn)題在仿真軟件中的連續(xù)處理能力。然后，考慮到復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)中往往存在著多處的機(jī)構(gòu)干涉和限制，提出了多剛體系統(tǒng)的接觸碰撞模型，研究了多剛體系統(tǒng)接觸碰撞的處理方法，并且討論了

3、確定性碰撞點(diǎn)和非確定性碰撞點(diǎn)的計(jì)算方法。最后，介紹了變拓?fù)湎到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件的組織，并且以某型號(hào)低壓斷路器的動(dòng)力學(xué)仿真為例說(shuō)明軟件系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 第一章介紹了本文研究的工程應(yīng)用背景，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究的現(xiàn)狀和意義，以及本文的研究目標(biāo)和任務(wù)。 第二章研究了變拓?fù)湎到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的建模理論。首先介紹了變拓?fù)湎到y(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模方法，以多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)笛卡爾數(shù)學(xué)模型理論為基礎(chǔ)，動(dòng)力學(xué)模型為基于帶拉格

4、朗日乘子的第一類拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程。然后，討論了多剛體系統(tǒng)的變拓?fù)鋯?wèn)題，在拓?fù)淝袚Q條件下，實(shí)現(xiàn)拓?fù)淠Ｐ偷淖詣?dòng)切換，并為軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了設(shè)計(jì)方案。最后，討論了多剛體系統(tǒng)的接觸碰撞問(wèn)題，提出了碰撞點(diǎn)計(jì)算的近似算法和精確算法，以及對(duì)于確定性碰撞和非確定性碰撞的處理方法。 第三章介紹了變拓?fù)湎到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先介紹了軟件系統(tǒng)的前處理模塊，主要是完成對(duì)多體系統(tǒng)模型的參數(shù)定義，以及碰撞點(diǎn)的近似計(jì)算。其次，介紹了軟件系