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薄膜天线航天器刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制研究
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作者 陈呈 刘翔 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期283-297,共15页
大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精... 大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精度.这就要求我们对薄膜航天器进行精细的动力学分析与有效的主动控制设计.该文针对一类平面张拉式薄膜天线进行刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制问题的研究.首先,基于非线性有限元方法建立了薄膜天线结构的非线性动力学模型,并对该模型进行了模型降阶.然后,基于非线性降阶模型并考虑空间热环境的影响,采用混合坐标法建立了航天器的刚-柔-热耦合动力学模型.最后,采用合力合成控制方法结合拉索作动的非线性振动控制策略,对航天器的姿态运动和非线性振动进行了同步、复合控制. 展开更多
关键词 薄膜天线 刚-柔-热耦合动力学建模 非线性振动 复合控制
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刚-柔耦合动力学系统的建模理论研究 被引量:47
2
作者 刘锦阳 洪嘉振 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期408-415,共8页
刚-柔耦合动力学系统的传统的混合坐标方法是零次近似方法,在建模过程中,直接套用的结构动力学的小变形假设,忽略了变形位移的高次耦合变形量.本文对柔性梁建立较零次近似更精确的高次耦合动力学模型,从连续介质力学理论出发,在变形... 刚-柔耦合动力学系统的传统的混合坐标方法是零次近似方法,在建模过程中,直接套用的结构动力学的小变形假设,忽略了变形位移的高次耦合变形量.本文对柔性梁建立较零次近似更精确的高次耦合动力学模型,从连续介质力学理论出发,在变形位移中,计及横向位移引起的轴向缩短,导出变形位移的二次耦合量.用一致质量有限元方法对梁进行离散,基于Jourdain速度变分原理导出大范围运动为自由的柔性梁的刚-柔耦合动力学方程.计算了柔性重力摆的角速度和摆端点的横向变形,揭示零次近似模型和耦合模型的刚-柔耦合动力学性质的根本差异. 展开更多
关键词 刚-柔耦合动力学系统 耦合变形量 建模理论 小变形 柔性梁 连续介质力学 有限元法 Jourdain速度变分原理 重力摆
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多体系统动力学碰撞问题研究综述 被引量:83
3
作者 董富祥 洪嘉振 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期352-359,共8页
对近年来多体系统碰撞动力学研究进展进行了评述,包括碰撞动力学建模理论、数值算法和实验方面的进展情况.根据各自不同假设条件将建模方法分为冲量动量法、连续碰撞力模型和基于连续介质力学的有限元方法,比较了各种建模方法在碰撞过... 对近年来多体系统碰撞动力学研究进展进行了评述,包括碰撞动力学建模理论、数值算法和实验方面的进展情况.根据各自不同假设条件将建模方法分为冲量动量法、连续碰撞力模型和基于连续介质力学的有限元方法,比较了各种建模方法在碰撞过程描述和数值性态方面的优势和局限性;对碰撞动力学实验在非接触式测量方面取得的最新进展进行了介绍,总结了实验对以上建模理论的验证研究,展示了实验研究方面的一些新发现.最后基于工程实际的需求提出多体系统碰撞动力学面临的新挑战. 展开更多
关键词 多体系统动力学 碰撞 冲量动量法 连续碰撞力模型 有限元方法 实验研究
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柔性多体系统动力学实验研究 被引量:8
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作者 王建明 洪嘉振 +1 位作者 王示 周学军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第2期107-111,共5页
本文针对一平面两杆机构开展了柔性多体系统动力学实验研究。文中介绍了实验系统的组成;阐述了基于应变法测量作大范围运动柔性梁弹性振动位移的原理;描述了包括模态分析和动力学响应实验在内的实验过程和结果。
关键词 柔性 多体动力学实验 应变法 振动位移测量
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柔性多体系统动力学研究现状与展望 被引量:34
5
作者 刘铸永 洪嘉振 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期411-416,共6页
对柔性多体系统动力学的研究现状进行了概括和总结,主要从柔性体建模方法、刚柔耦合动力学、接触碰撞问题、多物理场耦合、微分代数方程求解技术、控制方法、设计优化及软件开发和实验研究等几个研究方向进行总结,并对未来的研究方向做... 对柔性多体系统动力学的研究现状进行了概括和总结,主要从柔性体建模方法、刚柔耦合动力学、接触碰撞问题、多物理场耦合、微分代数方程求解技术、控制方法、设计优化及软件开发和实验研究等几个研究方向进行总结,并对未来的研究方向做了展望。 展开更多
关键词 柔性多体系统 动力学 建模理论 计算方法 试验研究
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柔性多体系统刚-柔耦合动力学 被引量:45
6
作者 洪嘉振 蒋丽忠 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期15-20,共6页
首先指出大量复杂系统动力学与控制性态分析与优化等工程问题对柔性多体系统动力学领域的进一步需求,在回顾柔性多体系统动力学研究的若干阶段与当前的研究现状后指出:柔性多体系统刚- 柔耦合动力学的研究是多体系统动力学的一个新的... 首先指出大量复杂系统动力学与控制性态分析与优化等工程问题对柔性多体系统动力学领域的进一步需求,在回顾柔性多体系统动力学研究的若干阶段与当前的研究现状后指出:柔性多体系统刚- 柔耦合动力学的研究是多体系统动力学的一个新的阶段.文末提出了刚- 柔耦合动力学的研究任务。 展开更多
关键词 柔性多体系统 刚度耦合 动力刚化 动力学
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动力刚化与多体系统刚-柔耦合动力学 被引量:36
7
作者 洪嘉振 蒋丽忠 《计算力学学报》 CAS CSCD 1999年第3期295-301,共7页
首先指出当前柔性多体系统动力学的大量工程研究背景,在回顾柔性多体系统动力学研究进展后指出动力刚化的现象揭示了刚-柔耦合的零次建模方法的局限,认为进一步深入进行柔性多体系统刚-柔耦合动力学的研究是多体系统动力学研究的新... 首先指出当前柔性多体系统动力学的大量工程研究背景,在回顾柔性多体系统动力学研究进展后指出动力刚化的现象揭示了刚-柔耦合的零次建模方法的局限,认为进一步深入进行柔性多体系统刚-柔耦合动力学的研究是多体系统动力学研究的新阶段。文末提出了刚-柔耦合动力学的研究任务。 展开更多
关键词 柔性多体系统 刚-柔耦合 动力刚化 动力学
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柔性多体系统动力学的若干热点问题 被引量:36
8
作者 于清 洪嘉振 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 1999年第2期145-154,共10页
全面综述了柔性多体系统动力学近年来的研究成果.对建模方法、模态选取及模态综合、动力刚化及柔性多体系统动力学中微分-代数方程的数值方法等研究热点进行了详细的阐述。
关键词 柔性 多体系统动力学 建模方法 模态综合
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柔性多体系统弹性碰撞动力学建模 被引量:9
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作者 盛立伟 刘锦阳 余征跃 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1790-1793,1797,共5页
以平面柔性双摆为研究对象,基于Hertz接触理论,考虑几何非线性,用变分原理建立了柔性体的动力学变分方程,根据运动学约束关系,运用缩并法,建立了柔性双摆系统接触碰撞的动力学方程.首先通过柔性单摆和固定刚性物体的撞击实验验证了建模... 以平面柔性双摆为研究对象,基于Hertz接触理论,考虑几何非线性,用变分原理建立了柔性体的动力学变分方程,根据运动学约束关系,运用缩并法,建立了柔性双摆系统接触碰撞的动力学方程.首先通过柔性单摆和固定刚性物体的撞击实验验证了建模理论的正确性.在此基础上,对柔性双摆系统进行仿真计算,得到了撞击力变化规律,并揭示了横向变形和角速度在冲击波传播过程中的突变现象. 展开更多
关键词 柔性多体系统 弹性碰撞 动力学
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变拓扑多体系统动力学的全局仿真 被引量:19
10
作者 洪嘉振 倪纯双 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1996年第5期633-637,共5页
对于在运动过程中系统自由度会发生改变的变拓扑复杂机械系统,提出基本系统与当前系统的概念,采用约束激活的思想,实现系统拓扑结构在仿真过程中自动切换.以笔者开发的多体系统动力学仿真软件DAMB为基础,将其扩展为可进行变拓... 对于在运动过程中系统自由度会发生改变的变拓扑复杂机械系统,提出基本系统与当前系统的概念,采用约束激活的思想,实现系统拓扑结构在仿真过程中自动切换.以笔者开发的多体系统动力学仿真软件DAMB为基础,将其扩展为可进行变拓扑多体系统动力学全局仿真的软件系统. 展开更多
关键词 变拓扑 多体系统 发射动力学 动力学仿真
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平面柔性多体系统正碰撞动力学建模理论研究 被引量:12
11
作者 董富祥 洪嘉振 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1042-1048,共7页
针对目前柔性多体系统碰撞动力学建模方法存在的不足,对影响碰撞动力学仿真的主要因素如柔性体建模和碰撞初始条件进行分析,建立起基于变约束的柔性体碰撞动力学方程。首先,为了解决子结构法在处理碰撞界面搜索时面临的难题,引入多体系... 针对目前柔性多体系统碰撞动力学建模方法存在的不足,对影响碰撞动力学仿真的主要因素如柔性体建模和碰撞初始条件进行分析,建立起基于变约束的柔性体碰撞动力学方程。首先,为了解决子结构法在处理碰撞界面搜索时面临的难题,引入多体系统柔性体有限元描述方法,推导出凸形柔性体接触点间法向位移约束的二阶导数形式。其次,从碰撞引起的接触界面速度不连续机理出发,结合连续介质力学间断面理论,给出碰撞瞬时由物体本身物理性质决定的接触位置处速度跳跃公式。最后对两弹性圆盘低速碰撞问题进行数值仿真。结果表明本文提出的改进方法符合力学基本原理,仿真结果满足收敛性要求。 展开更多
关键词 平面柔性多体系统 碰撞 建模方法 速度跳跃条件 间断面
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刚柔耦合系统动力学建模新方法 被引量:5
12
作者 王建明 洪嘉振 刘又午 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期194-197,共4页
作高速大范围运动的机械系统 ,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象 ,传统动力学理论难以计及这种影响。通过 Kane方程在保证变形广义坐标完全精确到一阶项的前提下建立了系统一阶完备动力学方程。通过与传统动力学方程的对比分析 ... 作高速大范围运动的机械系统 ,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象 ,传统动力学理论难以计及这种影响。通过 Kane方程在保证变形广义坐标完全精确到一阶项的前提下建立了系统一阶完备动力学方程。通过与传统动力学方程的对比分析 ,揭示了传统建模方法不仅遗失了动力刚度项 ,同时遗失了某些刚柔耦合惯性项。本文提出了一种通过对传统非完备动力学方程的修正以获得一阶完备动力学方程的新方法。 展开更多
关键词 机械系统 刚柔耦合系统 动力刚化现象 动力学建模 KANE方程 动力学方程
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一种平板流动腔重力灌流系统的力学分析 被引量:3
13
作者 张西正 匡震邦 +3 位作者 蔡绍皙 徐世荣 王贵学 龙天渝 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 1998年第3期129-134,共6页
本文分析了一种采用重力灌流的平板流动腔灌流系统,并根据实验结果确定出相应的阻力系数,获得平板流动腔剪应力、雷诺数以及入口长度与流体重力灌流高度的关系。
关键词 平板流动腔 剪应力 细胞力学 重力灌流系统
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刚柔耦合系统动力学建模及分析 被引量:11
14
作者 胡振东 洪嘉振 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1999年第10期1087-1093,共7页
准确预测经历大范围刚体运动和弹性变形的柔性体的行为,是当前柔性多体系统动力学领域关注的主要课题· 基于线性理论的传统方法由于无法计及动力刚化效应,导致在许多实际应用中得到错误的结果· 本文从离心力势场的概念出发... 准确预测经历大范围刚体运动和弹性变形的柔性体的行为,是当前柔性多体系统动力学领域关注的主要课题· 基于线性理论的传统方法由于无法计及动力刚化效应,导致在许多实际应用中得到错误的结果· 本文从离心力势场的概念出发,应用Hamilton原理建立了具有动力刚化效应的刚柔耦合系统的运动方程,证明了该方程解的周期性,并采用了Frobenius方法给出了其精确解的一般形式· 通过算例分析了刚体运动对弹性运动的模态和频率的影响· 展开更多
关键词 刚柔耦合系统 建模 动力学 柔性多体系统
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温度场中的柔性梁系统动力学建模 被引量:6
15
作者 刘锦阳 洪嘉振 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期469-474,共6页
研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性,在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响,在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行... 研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性,在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响,在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行离散,从虚功原理出发,根据各柔性梁之间的运动学约束关系,建立了带集中质量的柔性梁系统的动力学方程。仿真结果表明,即使在转速较低的情况下,随着集中质量的增大和温度的急剧变化,纵向变形的二次耦合项的影响不容忽视,此外,温度的变化还引起轴向变形和轴向约束力高频振荡。 展开更多
关键词 温度场 集中质量 柔性梁系统 几何非线性 动力学
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多体系统动力学求解与动画输出的并行处理 被引量:2
16
作者 刘勇 洪嘉振 杨辉 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第1期131-135,共5页
在介绍了多体系统动力学的建模方法及数值仿真的原理之后,着重介绍如何利用局域网 的技术,在多台计算机之间实现数值求解和动画计算与输出的并行处理、用一个柔性索动力学 仿真算例,论证了该技术的可行性,为多体系统动力学仿真的并... 在介绍了多体系统动力学的建模方法及数值仿真的原理之后,着重介绍如何利用局域网 的技术,在多台计算机之间实现数值求解和动画计算与输出的并行处理、用一个柔性索动力学 仿真算例,论证了该技术的可行性,为多体系统动力学仿真的并行处理打下了基础. 展开更多
关键词 多体系统 动力学 并行处理 动画输出 数值求解
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完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学 被引量:32
17
作者 刘延柱 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第1期84-94,共11页
用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点.导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统的动量和动量矩的解析式,给出与之对应的广义惯量矩阵概念,建立无力矩状态下用完全笛卡尔坐标描述的多体系统... 用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点.导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统的动量和动量矩的解析式,给出与之对应的广义惯量矩阵概念,建立无力矩状态下用完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学的一阶微分方程组。 展开更多
关键词 刚体动力学 多体动力学 航天器 姿态动力学
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基于高斯原理的多体系统动力学建模 被引量:14
18
作者 刘延柱 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期940-945,共6页
基于高斯最小拘束原理,以释放中的绳系卫星为背景,建立地球引力场内变长度大变形柔索联系的多体系统动力学模型.利用基尔霍夫动力学比拟方法将柔索的变形转化为刚性截面沿中心线的转动,使包含刚性分体与变形体的刚柔耦合系统转化为由柔... 基于高斯最小拘束原理,以释放中的绳系卫星为背景,建立地球引力场内变长度大变形柔索联系的多体系统动力学模型.利用基尔霍夫动力学比拟方法将柔索的变形转化为刚性截面沿中心线的转动,使包含刚性分体与变形体的刚柔耦合系统转化为由柔索的刚性截面与刚性分体组成的广义多刚体系统.由于刚性截面的局部小变形沿弧坐标的积累不受限制,适合描述柔索的超大变形.文中对此刚柔耦合多体系统导出其在地球引力场中的拘束函数,考虑各分体在空间中相对位置的几何约束条件,利用拉格朗日乘子构成以条件极值问题为特征的数学模型.将高斯原理用于多体系统动力学的建模,其特点是以寻求函数极值的变分方法代替微分方程,通过数值计算直接得出运动规律.其形式统一,不随系统拓扑结构的变化而改变,也无需区分树系统或非树系统.对于带控制的多体系统,动力学分析还可根据技术需要与系统的优化结合进行. 展开更多
关键词 高斯最小拘束原理 多体系统动力学 基尔霍夫弹性杆模型 绳系卫星
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柔性多体系统动力学的递推建模与算法 被引量:13
19
作者 洪嘉振 于清 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期611-615,共5页
基于将 2种变量的耦合运算降低到最少的数学模型的建立 ,是解决柔性多体系统动力学数值病态的关键。提出一种柔性多体系统动力学的单向递推建模方法。在此基础上提出一种新的违约校正方法 ,在数值计算上给予保证。最后 ,通过对一个闭环... 基于将 2种变量的耦合运算降低到最少的数学模型的建立 ,是解决柔性多体系统动力学数值病态的关键。提出一种柔性多体系统动力学的单向递推建模方法。在此基础上提出一种新的违约校正方法 ,在数值计算上给予保证。最后 ,通过对一个闭环柔性多体系统的动力学与控制仿真计算的实现 。 展开更多
关键词 计算动力学 算法 柔性多体系统动力学 递推建模
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计及热效应的闭环柔性机械系统的动力学分析 被引量:2
20
作者 李琳 刘锦阳 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第12期1491-1494,共4页
基于柔性多体系统动力学理论对一个刚柔耦合的平面闭环机械系统的动力学特性进行分析。首先推导出不计热效应时的平面机械系统的第一类拉格朗日动力学方程,然后利用热应力理论得到柔性梁的应力-应变关系,进而对系统的动力学方程进行修... 基于柔性多体系统动力学理论对一个刚柔耦合的平面闭环机械系统的动力学特性进行分析。首先推导出不计热效应时的平面机械系统的第一类拉格朗日动力学方程,然后利用热应力理论得到柔性梁的应力-应变关系,进而对系统的动力学方程进行修正以得到计及热效应的系统动力学方程。数值仿真结果显示,当系统运行到奇异点位置附近时,各个动力学特性变量均出现明显的增大趋势;当温度发生变化时,各个构件的位移基本保持不变,但构件的速度、机械臂的轴向变形和轴向约束力则产生明显波动,从而揭示出热应力对系统动力学性态的影响。 展开更多
关键词 闭环柔性机械系统 动力学特性 热效应
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