【摘 要】
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芮方法,即多体系统传递矩阵法,是近三十年来提出并逐步完善的一种多体系统动力学新方法。因其无需系统总体动力学方程、系统矩阵阶次低、计算速度快、程式化程度高等优点,而被全球广泛运用于52个工程领域150多类产品的动力学仿真与设计,并仍处于高速发展中。作为我国国防基础科研科学挑战专题重大项目研究成果的重要组成部分,本文以超精密飞切机床系统为背景,应用并扩展芮方法,从理论、计算、试验三个方面系统研究超精密
【基金项目】
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国防基础科研科学挑战计划（“工艺系统时变多体系统动力学及其对弱刚性构件制造质量的影响机理”,项目编号:JDZZ2016006-0102）；
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芮方法,即多体系统传递矩阵法,是近三十年来提出并逐步完善的一种多体系统动力学新方法。因其无需系统总体动力学方程、系统矩阵阶次低、计算速度快、程式化程度高等优点,而被全球广泛运用于52个工程领域150多类产品的动力学仿真与设计,并仍处于高速发展中。作为我国国防基础科研科学挑战专题重大项目研究成果的重要组成部分,本文以超精密飞切机床系统为背景,应用并扩展芮方法,从理论、计算、试验三个方面系统研究超精密飞切机床动力学,超精密机床性能和加工工艺优化设计具有重要的理论意义和工程应用价值,取得如下成果:（1）提出了含板空间振动多体系统缩减传递矩阵法,将方向余弦矩阵引入到空间振动板元件传递矩阵,分析矩形板、平行四边形板等多板系统的振动特性,扩展了多体系统传递矩阵法及其在含板空间振动系统中的应用范围;通过引入Riccati变换,提高了计算效率、精度和稳定性。（2）建立了有限元模态综合多体系统传递矩阵法,提高了多体系统传递矩阵法对复杂柔体系统动力学的处理能力;提出了多体系统振动特性改进计算策略,有效避免了求解特征值问题中可能出现的数值溢出问题。（3）推导了任意形状多端输入柔体的传递矩阵和传递方程,完善了多柔体系统传递矩阵法的自动推导定理、增广特征矢量正交性证明,将多体系统传递矩阵法扩展到含多端输入柔体元件的多体系统。（4）首次建立了超精密飞切机床多柔体系统动力学模型与总传递方程,快速计算了超精密飞切机床多体系统的振动特性和动力学响应,试验和计算揭示了系统总体结构参数对超精密加工的影响。优化了超精密飞切机床总体结构动力学参数,优化后加工误差缩小了18.06%;分别设计了减小环境振动对加工质量影响和补偿刀尖振动对加工质量影响的动力学控制方案,为提高超精密加工精度和新机床的设计提供了有效的技术途径。
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