第

卷

第期年月

航

天

器

工

程

复杂结构航天器的柔性多体动力学分析 刘又午 王树新

王建明 ,

赵小松

金国光

天津大学机械工程学院夭津

曲广吉

杨

雷

北京空间飞行器总体设计部

摘

要

本文采用基于凯恩方程和休斯敦方法的柔性多体动力学理论着重研 。

,

究了柔性多体系统的动力刚化现象 ,

以板类和拚架类零件为典型阐述其理论体系 ,。,,,。

,

,

开发通用分析程序开展数字仿真研究并给出上述典型零件的计算结果

关键词

复杂结构航天器柔性多体动力学动力刚化矩形板空间析架结构 , ,

,

随着柔性航天器柔性机械臂高速轻质重载高精度机械系统的发展使得弹性体大范

、

、

、

,

围运动与其自身变形之间祸合的动力学问题成为上述领域需解决的普遍问题和关键技术失从此动力刚化问题成为弹性体动力学的热点问题 。, ,

。

等川指出了运动的弹性体存在动力刚化项以及传统线性化的动力学分析方法将该项丢 。

指出即使在小变形的条件下将变形变形场的合理描述是动力刚化问题的关键场表示成广义坐标的线性函数也将导致动力刚化项的丢失只有将变形场表示为广义坐标的二阶小量形式才能捕捉到动力刚化项,动力刚化项研究始于梁和薄板结构〔〕原因为可利用其结构的中性轴或中性面不可伸 , ,

,

,

。

一

,

缩的变形约束条件将轴向位移或面内位移表示为广义坐标的二阶小量 现小变形也可视为一种约束条件在几何非线性应变 ,

,

。

经过我们的研究发 ,,

,

以将一般弹性体的弹性位移表达为广义坐标的二阶小量

—

位移关系中引入小变形假设从而可在此基础上进行适当的线性化动 。

。

力刚度项可在推导过程中自然产生 ,,

。

已将该理论用于梁式和薄板结构其正确性得到了验证闭 。

,

该理论方法的进一步完善和 ,

发展是与有限元方法相结合从而形成动力刚化系统的有限元分析法以适应实际工程中复杂多样的动力刚化结构的分析计算

计及动力刚化的柔性体动力学 非线性变形场的描述参照图任意柔性体 ,。

在惯生参考系

中作大范围运动 。

令

为固结在未变形的 ,

上 ,

的动坐标系 位于

。

设 。

相对于

的弹性运动为小变形

令

尸

为 ‘

上

的典型点当

未变形时

尸

中的户处

令

“

为尸相对于户的变形位移其分量

,

可表示为二阶小量形式