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基于数据驱动的平面铰接多刚体系统动力学建模
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作者 艾之淏 王康昊 刘晓峰 《动力学与控制学报》 2025年第2期55-63,共9页
动力学模型是模拟物理系统的一种有效工具,能够帮助人们深入理解物理系统的运行规律,为物理系统的预测、优化设计以及控制系统的开发提供理论支持.近年来,基于数据驱动的动力学建模方法引起了学界的广泛关注.已有研究虽然取得了一定成果... 动力学模型是模拟物理系统的一种有效工具,能够帮助人们深入理解物理系统的运行规律,为物理系统的预测、优化设计以及控制系统的开发提供理论支持.近年来,基于数据驱动的动力学建模方法引起了学界的广泛关注.已有研究虽然取得了一定成果,但仍存在一些不足之处.本文深入研究了基于数据驱动的平面铰接多刚体系统动力学建模问题,并在拉格朗日神经网络(LNN)的基础上提出了一种改进的数据驱动建模方法——拓扑拉格朗日神经网络(TLNN).相较于LNN,TLNN通过嵌入多体系统的拓扑信息,实现了神经网络学习性能的提高.预测结果显示,使用相同训练数据集,相较LNN、哈密顿神经网络(HNN)以及神经常微分方程(NODE)三种数据驱动建模方法,TLNN可以建立精度更高的铰接多刚体动力学代理模型.另外,本文对数据驱动建模过程所涉及广义坐标选择问题进行讨论.训练和预测结果均显示,相较于选择关节相对角度进行数据驱动建模,采用刚体绝对姿态角进行建模可以获得精度更高的动力学代理模型. 展开更多
关键词 动力学 铰接刚体 拓扑拉格朗日神经网络 拉格朗日力学
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应用卷积近场动力学快速模拟随机裂纹扩展
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作者 周建 廖星川 +2 位作者 刘福深 尚肖楠 沈君逸 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期625-639,共15页
传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种... 传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程,获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程,使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题,但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种基于快速卷积的近场动力学方法,以提高近场动力学方法的计算效率。该算法采用快速傅里叶变换来完成卷积计算,实现近场动力学方程中积分项的计算,可显著降低近场动力学的计算成本。基于快速卷积近场动力学的计算流程及其数值实现特性,提出了一套适用于该算法的前处理方法,并通过两个含预制裂纹的受拉方板算例验证了该前处理方法的可行性。在此基础上,进一步提出了随机裂纹扩展预测的建模方法,为岩土体随机裂纹扩展的预测研究提供了一个新的可行的思路。 展开更多
关键词 近场动力学 快速卷积 方法 随机裂纹扩展预测
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刚柔耦合动力学的建模方法 被引量:48
3
作者 洪嘉振 刘铸永 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1922-1926,共5页
对柔性多体系统动力学研究的若干阶段和研究现状进行回顾,对已有的刚柔耦合动力学建模方法进行总结.为了对已有的建模方法进行评价,提出了5项指标:科学性、通用性、识别性、兼容性和高效性,指出现有的建模方法尚无法满足工程实际应用的... 对柔性多体系统动力学研究的若干阶段和研究现状进行回顾,对已有的刚柔耦合动力学建模方法进行总结.为了对已有的建模方法进行评价,提出了5项指标:科学性、通用性、识别性、兼容性和高效性,指出现有的建模方法尚无法满足工程实际应用的需要,应研究满足全部评价指标的刚柔耦合动力学建模方法.文中对今后柔性多体系统刚柔耦合动力学的几个研究方向进行展望,包括理论建模、计算方法和试验研究等方面. 展开更多
关键词 刚柔耦合系统 动力学 方法 评价指标
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考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模 被引量:5
4
作者 陈尔康 廖欣 +1 位作者 高长生 荆武兴 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2159-2171,共13页
旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋... 旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明:相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。 展开更多
关键词 旋转导弹 刚体运动与弹体变形耦合效应 弹性变形 惯性耦合 动力学 飞行动力学 锥形运动
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多刚体系统计算机代数动力学建模研究 被引量:5
5
作者 黄新生 黄圳圭 朱小谦 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 1998年第2期8-11,共4页
本文研究了复杂多刚体系统的Lagrangian建模方法,以Mathematica数学软件为基础,完成了多刚体动力学系统的计算机建模、推导与仿真。
关键词 多刚体系统 计算机代数 动力学
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高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究 被引量:4
6
作者 戚壮 李芾 +1 位作者 黄运华 虞大联 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期63-68,105,共7页
高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模... 高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果。研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型。 展开更多
关键词 空气弹簧 高速列车 方法 系统动力学
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月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模
7
作者 徐鸿 雷波 刘锦阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期239-249,共11页
目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。 展开更多
关键词 离散元方法(DEM) 多体动力学(MBD) 月球车 耦合 高效接触检测
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舰炮发射动力学模块化建模方法 被引量:4
8
作者 何斌 芮筱亭 +1 位作者 陆毓麒 于海龙 《动力学与控制学报》 2004年第2期34-37,共4页
在舰炮元件动力学方程的基础上,使用数值积分方法,并推广振动理论传递矩阵法,形成了舰炮发射动力学模块化建模方法——舰炮发射动力学离散时间传递矩阵法.该方法可模拟得到舰炮多体系统动力响应,仿真结果证明了该方法的有效性。
关键词 舰炮发射 动力学 块化 传递矩阵法 数值积分方法
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重型单轴燃气轮机-发电机组的综合动力学建模方法的研究 被引量:20
9
作者 潘蕾 杨瑜文 林中达 《动力工程》 CSCD 北大核心 2002年第5期1959-1964,共6页
综合了实验建模与机理建模方法对重型单轴燃气轮机 -发电机组的动力学特性进行了研究 ,建立了一个通用的、以方框图为表达形式的重型单轴燃气轮机 -发电机组的动力学模型。该模型具有结构简明、形式通用以及参数易于确定的优点。仿真实... 综合了实验建模与机理建模方法对重型单轴燃气轮机 -发电机组的动力学特性进行了研究 ,建立了一个通用的、以方框图为表达形式的重型单轴燃气轮机 -发电机组的动力学模型。该模型具有结构简明、形式通用以及参数易于确定的优点。仿真实验表明 :该模型对于并网后燃气轮机 -发电机组的变工况过渡过程具有较高的准确性。图 8参 展开更多
关键词 重型单轴燃气轮机 发电机组 动力学 方法 仿真 准非线性
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轴对称矢量喷管多刚体动力学自动建模开发 被引量:2
10
作者 何江军 王汉平 +2 位作者 张少军 金文栋 巩明 《四川兵工学报》 CAS 2015年第3期67-70,共4页
根据轴对称矢量喷管UG三维装配模型,参考简化模型和手动建模过程并编写了ADAMS宏命令,定制了划分不同模块的自动建模界面;顺序操作自动建模界面并添加等效燃气载荷,自动建立了矢量喷管多刚体动力学模型;对比0 Km、0 Ma中间状态下0°... 根据轴对称矢量喷管UG三维装配模型,参考简化模型和手动建模过程并编写了ADAMS宏命令,定制了划分不同模块的自动建模界面;顺序操作自动建模界面并添加等效燃气载荷,自动建立了矢量喷管多刚体动力学模型;对比0 Km、0 Ma中间状态下0°、10°、20°矢量偏转角时3个A8作动筒X方向载荷叠加曲线验证矢量喷管自动建模的可行性和便捷性;该研究将指导实物试验,优化产品设计,为其他类似复杂机构的自动建模提供重要借鉴。 展开更多
关键词 轴对称矢量喷管 多刚体动力学 自动 ADAMS
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水下自重构机器人Kane动力学建模方法 被引量:1
11
作者 王旭阳 葛彤 +1 位作者 杨柯 吴超 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1874-1880,共7页
针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各... 针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各种外部环境作用力,最终建立封闭的水下自重构机器人运动方程.通过典型构形的建模实例,证明了该方法的可应用性和有效性. 展开更多
关键词 水下自重构机器人 动力学 拓扑构形描述 KANE方法
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基于刚体运动与弹性运动的机械系统动力学建模研究 被引量:1
12
作者 杨元明 宋天霞 陈传尧 《动力学与控制学报》 2005年第3期41-46,共6页
讨论了具有刚体运动与柔性变形的机械系统的动力学建模.将刚体自由度与弹性变形自由度看作广 义坐标,利用有限元法对具有刚性运动与弹性变形的机械系统的运动与变形进行了描述,得到了以刚体位 移与弹性变形位移表示的单元的广义惯性... 讨论了具有刚体运动与柔性变形的机械系统的动力学建模.将刚体自由度与弹性变形自由度看作广 义坐标,利用有限元法对具有刚性运动与弹性变形的机械系统的运动与变形进行了描述,得到了以刚体位 移与弹性变形位移表示的单元的广义惯性力;从应力应变入手,得到了表示单元弹性变形与几何非线性变 形的结构刚度矩阵与几何非线性刚度矩阵,使用 Kane 方程推导了弹性连杆机构的单元运动方程.这种建模 方法,可以使用在任意结构的机械系统. 展开更多
关键词 柔性变形 有限元法 KANE方程 动力分析 机械系统动力学 弹性运动 刚体运动 研究 结构刚度矩阵
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基于SPH的充液刚体刚-液耦合动力学建模 被引量:3
13
作者 张诗琪 刘锦阳 《动力学与控制学报》 2020年第4期86-94,共9页
本文考虑刚-液耦合效应,基于SPH方法建立充液刚体动力学模型,该动力学模型不仅适用于微幅晃动问题,还适用于大幅晃动问题.首先建立了非惯性系下液体晃动的方程,其中,边界条件采用镜像虚粒子法.通过计算各流体粒子的绝对加速度,得到粒子... 本文考虑刚-液耦合效应,基于SPH方法建立充液刚体动力学模型,该动力学模型不仅适用于微幅晃动问题,还适用于大幅晃动问题.首先建立了非惯性系下液体晃动的方程,其中,边界条件采用镜像虚粒子法.通过计算各流体粒子的绝对加速度,得到粒子惯性力对刚体质心的主矢和主矩,用达朗贝尔原理计算得到向质心简化的晃动力和晃动力偶矩,并引入刚体的约束方程,建立了考虑刚-液耦合的充液刚体的动力学方程.首先对给定周期性运动的充液刚体的液面振荡进行数值仿真,验证了建模方法的有效性;然后通过对受周期性激励力作用的充液刚体的运动和液面振荡进行数值仿真,分析了不同参数下系统的刚-液耦合特性. 展开更多
关键词 充液刚体 刚-液耦合 动力学 大幅度晃动
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大垂度柔索的动力学建模与仿真 被引量:12
14
作者 李宾 李映辉 殷学纲 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期640-646,共7页
用多刚体_球铰模型对大垂度柔索进行离散化建模 ,利用多刚体系统动力学理论建立了该模型的动力学方程· 采用矩阵广义逆理论对其位移和速度进行修正 ,以消除该微分_代数方程在数值分析中的违约现象· 数值仿真证明了该方法的... 用多刚体_球铰模型对大垂度柔索进行离散化建模 ,利用多刚体系统动力学理论建立了该模型的动力学方程· 采用矩阵广义逆理论对其位移和速度进行修正 ,以消除该微分_代数方程在数值分析中的违约现象· 数值仿真证明了该方法的正确性· 展开更多
关键词 大垂度柔索 多刚体动力学 数值仿真 动力学
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矩形贮箱内液体非线性晃动动力学建模与分析 被引量:18
15
作者 陈科 李俊峰 王天舒 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期339-345,共7页
基于理想流体的假设,根据H-O原理建立了充液贮箱刚体平动与液体非线性晃动的耦合动力学方程, 通过引入改进的势函数描述刚体和液体之间的动边界.利用伽辽金方法对动力学方程进行了离散.针对液体非线性晃动情况,与ALE有限元方法、边界元... 基于理想流体的假设,根据H-O原理建立了充液贮箱刚体平动与液体非线性晃动的耦合动力学方程, 通过引入改进的势函数描述刚体和液体之间的动边界.利用伽辽金方法对动力学方程进行了离散.针对液体非线性晃动情况,与ALE有限元方法、边界元方法的结果进行了比较,验证了方法的可行性.对刚体平动和液体非线性晃动耦合的情况,数值模拟了多种外力激励下系统的响应.利用等效力学模型解释了耦合系统固有频率升高的现象. 展开更多
关键词 非线性晃动 动力学 液体 矩形贮箱 动力学方程 伽辽金方法 有限元方法 边界元方法 理想流体 充液贮箱 固有频率 耦合系统 数值 刚体 动边界 势函数 ALE 型解 平动 外力
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人体上肢运动学动力学建模与仿真技术的研究 被引量:4
16
作者 袁清珂 骆少明 +1 位作者 唐文艳 罗小美 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期321-324,共4页
根据多体动力学原理,以人体解剖学为基础,对人体上肢进行建模,推导了其动力学和运动学方程,建立了人体上肢四刚体四自由度动力学模型,运用多系统动力学软件ADAMS,结合UG建模功能,对人体上肢动力学和运动学特性进行了分析计算,对人体上... 根据多体动力学原理,以人体解剖学为基础,对人体上肢进行建模,推导了其动力学和运动学方程,建立了人体上肢四刚体四自由度动力学模型,运用多系统动力学软件ADAMS,结合UG建模功能,对人体上肢动力学和运动学特性进行了分析计算,对人体上肢收臂翻掌过程的运动进行了仿真,并将计算结果与实测数据进行了对比,验证了模型的正确性和有效性。 展开更多
关键词 人体上肢 动力学 方法 仿真技术
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一种3自由度并联拟人机械腿的动力学建模及伺服电机峰值力矩预估 被引量:5
17
作者 李研彪 李景敏 +2 位作者 计时鸣 郑超 赵章风 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1928-1936,共9页
为了弥补当前拟人机器人结构的不足之处和改善拟人机械腿的通用性和适应性,对一种3自由度并联拟人机械腿的动力学性能进行了研究。基于该机械腿的结构布局特点,推导出其运动学反解方程,研究了各输入速度的变化规律,利用拉格朗日方法建... 为了弥补当前拟人机器人结构的不足之处和改善拟人机械腿的通用性和适应性,对一种3自由度并联拟人机械腿的动力学性能进行了研究。基于该机械腿的结构布局特点,推导出其运动学反解方程,研究了各输入速度的变化规律,利用拉格朗日方法建立该机械腿的动力学模型。在该模型的基础上建立伺服电机的预估模型,主要包括对伺服电机转速的预估和对电机转矩的预估,分析了机械腿伺服电机驱动的角速度、驱动力矩的变化规律,得到了机械腿的动力学特性,并对机械腿伺服电机峰值力矩预估模型进行了验证,得到最大预估峰值力矩值为3.195 N·m.分析结果表明,该机械腿机构的驱动角速度和驱动力矩呈周期性变化。伺服电机峰值力矩预估模型为机械腿伺服电机的选型提供了理论参考依据。 展开更多
关键词 控制科学与技术 并联机构 拉格朗日方法 动力学 运动反解 峰值预估
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一种变体飞行器的动力学建模与动态特性分析 被引量:20
18
作者 张杰 吴森堂 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期58-64,共7页
对可变展长、可变后掠角的变体飞行器物理模型进行了简化,基于Kane方法,将变体运动假设为已知的可控输入,利用约束方程来表示机翼的变形运动,选取飞行器位移运动速度以及角速度在机体坐标系下的6个分量作为广义速率,建立了该变体飞行器... 对可变展长、可变后掠角的变体飞行器物理模型进行了简化,基于Kane方法,将变体运动假设为已知的可控输入,利用约束方程来表示机翼的变形运动,选取飞行器位移运动速度以及角速度在机体坐标系下的6个分量作为广义速率,建立了该变体飞行器的六自由度动力学模型.定义了附加力与附加力矩的概念用于描述变体运动对飞行器产生的动力学影响,仿真结果表明,在平稳飞行条件下,相对于变形引起的空气动力的变化,机翼变形产生的附加力和附加力矩都较小.在不同的变形速度下,对变体引起的飞行器纵向运动响应进行了仿真分析,仿真结果表明,变体过程中飞行器的高度、速度以及俯仰角等状态均会发生很大变化. 展开更多
关键词 变体飞行器 动力学 变展长 变后掠角 KANE方法
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导叶伺服动力学系统通用建模方法
19
作者 程超 王曦 姜震 《航空发动机》 北大核心 2023年第6期91-98,共8页
针对现有导叶伺服系统模型跨平台联合仿真速度慢、通用性差的问题,提出了一种基于动力学特性方程的、部件通用性强的导叶伺服系统通用建模方法。采用部件建模法从底层方程到部件级模型,再到顶层系统,形成层次化、模块化的建模架构,使原... 针对现有导叶伺服系统模型跨平台联合仿真速度慢、通用性差的问题,提出了一种基于动力学特性方程的、部件通用性强的导叶伺服系统通用建模方法。采用部件建模法从底层方程到部件级模型,再到顶层系统,形成层次化、模块化的建模架构,使原理与工程应用有机融合;通过对导叶伺服系统各组成部件进行工作机理分析,建立导叶伺服系统的AMESIM模型,推导各组成部件的动力学特性方程,开发Simulink部件模型库;与AMESIM模型进行对比验证,构建Simulink导叶伺服动力学系统机理模型。结果表明:系统模型稳态误差不大于0.12%,斜坡响应跟踪误差为3.7%,对于幅值为作动筒位移5%的不同频率正弦指令信号,导叶伺服闭环系统带宽不小于8 Hz。该导叶伺服动力学系统模型具有较好的准确性、稳定性和动态特性,是可行和有效的,具有明显的推广应用价值和跨平台多学科联合仿真优势。 展开更多
关键词 方法 导叶伺服系统 动力学特性方程 航空发动机
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城市建设系统的动力学模型研究 被引量:9
20
作者 赵黎明 李振华 《中国软科学》 CSSCI 北大核心 2004年第11期147-151,共5页
本文以复杂系统论和系统动力学为指导,从宏观和微观两个角度综合考虑,给出了城市建设系统的动力学模型,以探寻城市建设过程中的基本规律,促进城市建设同社会经济的协调发展和城市建设模式的进一步合理化,为城市建设质量的提高提供支持。
关键词 城市设系统 动力学 复杂系统论 系统动力学 方法 仿真分析
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