大变形柔性多体动力系统几何数值积分方法研究

来源 :第十二届全国分析力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenhuiww060606
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  大变形柔性多体动力系统具有强耦合、强非线性的特点[1],其模型自身的特殊性与受力环境的复杂性给动力学仿真计算带来了困难。随着大柔性结构在空间航天任务中越来越广泛的应用,需要通过长时间、高精度的仿真计算进行运动状态预测与动力学控制,而所求解二阶动力学常微分方程出现刚性或高频特性时,想获得稳定的数值解往往也是比较困难的,尤其是在积分步长取值较大的情况下,数值解更容易发散。一般通用的积分器很难保证对这类动力系统进行稳定求解,误差随时间积累影响计算精度,其根本在于动力学方程时域离散过程中的数值逼近没有考虑方程本身的几何结构属性,进而引起了较大的计算误差。我国数学家冯康于1984年提出了完整的基于辛几何的数值算法[2],这种基于分析几何力学的积分算法在时域离散上满足了动力系统的几何不变性,是一类长时间保能量的方法。考虑到大变形柔性多体系统的动力学计算特殊性,本文使用含约束投影的二阶位移—动量辛St(o)rmer-Verlet积分方法对如图1所示的一维细长柔索的自由摆动过程进行了动力学仿真计算,首先建立了绝对节点坐标下的大变形连续梁离散模型,求解考虑位置约束的高指标动力学微分—代数方程组。每一时刻组成的连续位形曲面如图2所示。
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