基于标架场理论的完整系统Boltzmann-Hamel方程简化方法研究

研究选取合适的准坐标简化完整系统Boltzmann-Hamel方程的问题.基于流形上的标架场理论,指出了定常构形空间中的准速度与标架场的联系,并从几何不变性的角度上导出了完整系统的Boltzmann-Hamel方程.证明了对于任意广义力为零的均匀构形空间、广义力不为零的零曲率构形空间,Boltzmann-Hamel方程均可以化简为可积分的形式,同时给出具体的简化方法并举例说明本方法的适用性.本文方法为寻找运动方程的解析解提供了一条新途径.

一种建立非完整系统运动方程的新方法

本文提出了一种不基于任何变分原理而建立非完整系统基本运动方程的新方法.利用动力学方程与广义坐标的选取以及非完整约束函数选取的无关性,结合矩阵的乘积规则,提出了用于表述力学系统协变性的双指标张量分析方法;将力学系统的首次积分等效为作用在系统上的非完整约束,说明了非完整系统的自洽性,进而根据非完整系统的运动方程在首次积分约束下的不变性、非完整约束反力在广义坐标和等效非完整约束函数组变换下的不变性,反推出了非完整约束反力所必须满足的形式,以此建立了非完整系统的基本运动方程.本文提出的方法完全基于非完整系统的自洽性与协变性,不仅没有使用任何先验的D’Alembert-Lagrange, Gauss, Jourdian或Hamilton变分原理,而且还为非完整系统Chetaev条件的成立提供一个合理的解释,并且从自洽性的角度说明了基于Hamilton原理所导出的Vakonomic力学不是非完整系统的合理模型.