提高多体系统离散时间传递矩阵法计算精度的研究

深入探讨多体系统离散时间传递矩阵法对平面、空间刚体 光滑铰多体系统运动响应的研究。提出提高该方法计算精度和计算稳定性的方法 ,导出相应的多端刚体传递矩阵。设计了角坐标的迭代循环 ,该变量不必采用近似形式 ,因而提高了计算精度和计算稳定性。其它方法有 :1)增加泰勒展开式的高阶项 ;2 )合理选择将速度、加速度表示为位移的线性函数的方法 (本文简称线性化方法 ) ;3)合理确定迭代循环的初值等。对 4种多体系统进行了计算机仿真研究 。

计算多体系统动力学中引入多体系统离散时间传递矩阵法的混合算法研究

以复杂机械系统动力学建模为研究背景,在计算多体动力学和多体系统离散时间传递矩阵法的理论基础上,论述了这两种方法动力学建模与分析的特点;在此基础上,提出了在计算多体动力学中混合多体系统离散时间传递矩阵法的算法,并论述了使用该算法对机械系统进行动力学建模及分析的过程。该算法适合于对复杂机械系统进行动力学建模及分析,并且易于使用计算机应用软件实现。以某典型机械连接结构为算例,通过该算法进行建模与分析,论证了该算法的可行性,也表明该算法的优点。

多体系统动力学Riccati离散时间传递矩阵法

多体系统离散时间传递矩阵法是近年发展的多体系统动力学方法,因无须建立系统动力学方程、相关矩阵阶次低、计算速度快、建模程式化程度高等特点而倍受重视。为提高多体系统离散时间传递矩阵法的计算稳定性,本文将其与Riccati变换相结合,形成多体系统Riccati离散时间传递矩阵法,使空间传递两点边值问题化为初值问题、矩阵阶次降低。在Riccati变换时,选择了不同于振动力学Riccati传递矩阵法的合适中间变量,不扩大存储量的前提下进一步减小了计算时间。与多体系统离散时间传递矩阵法相比,提出的方法改善空间传递数值稳定性的同时不仅节省了计算时间,也提高了时间迭代计算稳定性。数值算例证明该方法对自由度十万的大系统有效、稳定性好,具有一定工程应用价值。

完整系统的多刚体系统离散时间传递矩阵法研究

基于多刚体系统离散时间传递矩阵法,采用提高计算精度的方法,研究具有大运动、非线性特征的完整系统在平面、空间中的动力学响应。提出了对部分变量重新赋值的违约修正方法,计算机仿真表明了其有效性。多刚体系统离散时间传递矩阵法不须进行违约修正,体现了该方法建模灵活性较强、程式化程度较高的优点。

基于离散时间传递矩阵法的伞-弹系统动力学模型

采用离散时间传递矩阵法建立了伞-弹系统减速稳定段的动力学模型,回避了多体动力学传统的研究方法在伞-弹系统建模过程中存在的问题。详细给出了应用离散时间传递矩阵法建立铅垂平面内伞-弹系统模型的建模过程,推导了伞-弹系统的传递矩阵和传递方程。通过算例将建立的伞-弹系统模型和采用牛顿-欧拉法建立的伞-弹系统模型进行了对比分析,两种模型计算结果吻合度好,验证了本文模型的正确性以及离散时间传递矩阵法应用在减速伞-子导弹系统中的可行性。

多体系统传递矩阵法研究进展

作为一种多体系统动力学新方法,多体系统传递矩阵法由于其无需系统总体动力学方程和快速计算的特点,已被广泛用于各种多管火箭、自行火炮、舰炮等复杂大型机械系统动力学分析与设计.本文介绍了该方法的研究进展,包括:线性多体系统传递矩阵法、多体系统离散时间传递矩阵法、二维系统传递矩阵法、受控多体系统传递矩阵法、多体系统传递矩阵法和通常动力学方法的混合方法等,给出了该方法解决自行火炮、多管火箭武器多体系统动力学的重大工程应用实例.

基于多体系统传递矩阵法的多管火箭定向器振动控制

应用多体系统传递矩阵法,建立了全新的多管火箭发射动力学控制模型,以二次型性能指标为成本函数,设计了脉冲推力器为控制执行机构的振动主动控制律,并设计了多管火箭发射系统在燃气流冲击下定向器的振动主动控制系统,获得了最优脉冲控制力幅值和脉冲推力器工作次数.应用设计的控制律数值仿真了某多管火箭定向器无控和受控状态下的振动响应,仿真结果表明该法可有效地降低定向器的振动.该方法易于工程实现,对控制多管火箭发射系统的振动、提高多管火箭射击的精度具有重要意义.

舰炮振动分析的多体系统有限元传递矩阵法

为保证舰炮具有良好的动态性能和射击精度,就必须使其振动频率合理分布。建立了多体系统有限元传递矩阵法,从理论、计算、试验三方面研究了舰炮固有振动特性,进行了某舰炮振动特性计算和舰炮模态试验。计算结果与试验结果吻合良好。

多体系统传递矩阵法分布式并行计算研究

多体系统传递矩阵法作为一种多体系统动力学新方法,在进行多体系统动力学分析时无需系统总体动力学方程、涉及矩阵阶次低计算速度快的优点,已被广泛用于各种多管火箭、自行火炮、坦克等复杂大型机械系统动力学分析与设计。为了提高多体系统传递矩阵法计算速度,研究了分布式并行计算的原理和方法,将MPI(Message Parallel Interface)分布式并行计算环境引入到多体系统传递矩阵法计算中。针对变截面梁的多体系统传递矩阵法动力学计算算例,设计了并行算法,分析了单机多核和分布式网络环境对计算时间的影响,结果显示通过并行计算能够大幅度提高计算效率。

受控线性多体系统传递矩阵法

受控线性多体系统的稳态运动是多体系统动力学的重要研究内容之一。本文以简单的受控多体系统为例,建立了受控线性多体系统传递矩阵法,能方便快捷地求解受控线性多体系统的稳态运动。建立了控制力作用下集中质量和弹簧阻尼铰的扩展传递矩阵和扩展传递方程。将牛顿法和受控线性多体系统传递矩阵法的计算结果进行了比较。实例表明,受控线性多体系统传递矩阵法不仅能用于受控线性多体系统的动力学分析,而且完整地保持了传递矩阵法的所有优点。

多体系统传递矩阵法在多管火箭动力学中的应用

多管火箭动力学分析是评估和提高多管火箭性能的前提和关键。应用多体系统传递矩阵法,建立某多管火箭刚柔耦合多体系统动力学模型,构造多管火箭增广特征矢量及其正交性条件,实现对多管火箭振动特性和动力响应的仿真,仿真结果得到了试验验证。对两种多管火箭的振动特性和动力响应的计算,为用非满管射击替代满管齐射客观评价多管火箭动态性能,为优化射序和射击时间间隔提高多管火箭射击密集度奠定基础,大幅度减少了桌远程多管火箭密集度试验用弹量50％,提高某多管火箭射击密集度。

多体系统传递矩阵法在超高射频武器发射动力学中的应用

该文以“金属风暴”武器系统为研究对象,基于多体系统传递矩阵法,建立了其刚弹耦合的发射动力学模型;推导了该武器系统特征方程,计算了系统固有振动特性;构造了系统增广特征矢量,实现了其系统动力响应的精确分析。通过数值仿真,获得了该武器系统固有振动特性、系统动力响应、内弹道、弹丸起始扰动,仿真结果可用于该武器的动态设计。

基于多体系统传递矩阵法和遗传算法的一种物理参数识别方法

将多体系统传递矩阵法与遗传优化算法相结合,形成了一种新的基于多体系统传递矩阵法和遗传算法的物理参数识别方法(MS-TMM&GA)。应用多体系统传递矩阵法进行动力学建模以及固有振动特性分析。将参数识别问题转化为优化问题,结合遗传算法,对由系统固有频率和增广特征矢量构造的目标函数全局最小值优化求解。给出了通过系统模态参数识别物理参数的计算步骤以及流程图。通过两个数值算例,表明了该方法的可行性及有效性。该方法对多体系统传递矩阵法和遗传算法进行了结合与拓展,无需建立复杂多体系统的总体动力学方程,涉及矩阵阶次低,即可快速获得高精度的优化计算结果。

受控多体系统传递矩阵法

为用多体系统传递矩阵法解决受控多体系统动力学问题,该文引进控制激励单元传递矩阵和控制反馈单元传递矩阵,建立了受控多体系统传递矩阵法,解决延迟受控多体系统和无延迟受控多体系统动力学问题,使得受控多体系统传递矩阵法应用于复控多体系统动力学领域。实例计算延迟和无延迟受控多体系统的稳态运动和瞬态运动。计算表明:受控多体系统传递矩阵法与通常方法所得系统运动计算结果吻合较好。

多体系统传递矩阵法不须进行违约修正的验证

对一含有完整约束的多体系统在平面、空间中的运动规律进行了计算机仿真研究．采用通常动力学方 法，以卡尔丹角作为位置角建立和求解动力学方程，并对进行和不进行违约修正的仿真结果进行了比较．然后 采用多体系统离散时间传递矩阵法进行了计算机仿真．仿真结果表明多体系统传递矩阵法在不进行违约修正 的情况下，仍能保证完整约束不被违反．与通常动力学方法相比，多体系统传递矩阵法不需进行违约修正．

用扩展传递矩阵法计算多体系统的稳态响应

以一个简单的多体系统为例,介绍了用于计算多体系统稳态响应的扩展传递矩阵法。建立了等截面Euler-Bernoulli梁的扩展传递矩阵。通过依次拼凑各个元件的扩展传递矩阵,形成系统的总体扩展传递矩阵,代入边界条件,然后求解代数方程组即可得到系统的稳态响应。对比模态叠加法的求解结果和计算过程,扩展传递矩阵法具有过程简单、计算量小、易编程等优点,且无需建立系统的总体动力学方程。扩展传递矩阵法特别适合于计算多体系统的稳态响应,能直接得到稳态响应的解析表达式。

含有分叉的受控多体系统传递矩阵法

多体系统传递矩阵法是解决受控多体系统动力学问题的有效方法,针对含有分叉的受控多体系统动力学问题,分别建立了控制激励元件、控制反馈元件及其含有分叉的受控多体系统总体传递矩阵.实例计算了无控和受控多体系统的运动响应与牛顿欧拉方法比较,计算表明了受控多体系统传递矩阵法解决分叉控制系统运动的有效性.

基于离散时间传递矩阵法的变截面梁地震时程分析方法研究

为提高变截面梁地震动力求解的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程分析方法。首先,从欧拉梁的偏微分振动方程出发,基于逐步时间积分法的线性化方法并结合张量变换原理,建立了变截面梁的动力时程计算方法;其次,考虑地震动激励的非一致输入效应,采用数值迭代求解的方式建立了变截面梁地震动力时程分析的离散时间传递矩阵算法;最后,编制了数值仿真计算程序,并结合具体算例进行了算法的有效性和高效性验证。算例结果表明:在采用相同计算模型的前提下,离散时间传递矩阵法不仅能够在计算精度方面与有限元法保持一致,同时还拥有更高的计算效率。

基于Riccati传递矩阵法的线性树形多体系统特征值求解

为了提高多体系统传递矩阵法求解线性树形多体系统特征值时的数值稳定性,研究了基于Riccati变换的线性树形多体系统特征值求解方法。建立了元件输入输出端的Riccati传递矩阵递推关系;从树形系统各输入端开始沿传递路径依次求得了各元件联接端的Riccati传递矩阵,并建立了用Riccati传递矩阵表示的系统特征方程;建立了消除系统特征方程极点的方法,从而可以增大求解特征方程时的搜索步长。数值算例计算结果与有限元法计算结果对比验证了该文方法的正确性,与通常多体系统传递矩阵法计算结果对比表明了本文方法具有较高的数值稳定性。

多体火炮系统的固有振动特性──多体系统动力学的传递矩阵法

导得了任意刚体作线性振动的场传递矩阵。建立了多体系统动力学的传递矩阵方法，并将其应用于一般多体火炮系统固有振动的研究，建立了相应的多体火炮系统振动的传递方程和传递矩阵，导得了有关多体火炮系统振动的频率方程和振型函数的解析式。