柔顺拆装机械臂是应国家重大项目“神光Ⅲ”子课题—靶场波前校正系统变形镜辅助工装组件的需求而量身定做的一种拆装机械设备,其主要功能是辅助完成靶场变形镜的安装、拆卸及日常维护任务,实现对变形镜的柔性吊装、搬运、精确安装。该柔顺拆装机械臂具有大型重载、柔顺拆装、精确就位的特点,是一种典型的柔性多体机械系统。承载构件的弹性变形对拆装机械设备的精度及稳定性影响凸显,传统的多刚体系统动力学方法已不能满足实际要求,对其进行准确、高效的计及构件柔性的动力学分析是保证该组件拆装机械设备运动平稳、工作安全可靠、精确就位的重要保证。本课题首先根据项目给定的设计指标,结合靶场特殊的工作环境,选定了拆装机械臂的整车结构方案及其柔顺吊装实施方案。然后通过有限元软件ANSYS,对拆装机械臂的整车承载结构及各主要部件的强度、刚度和稳定性进行校核,选取三种典型的回转工况对对整车系统进行模态分析,得到了整车系统在每种工况下的前六阶固有频率与阵型。模态分析得到的振动特性是后续刚柔耦合系统动力学的基础。随后,本课题主要围绕拆装机械臂的刚柔耦合系统动力学分析展开。基于虚功形式的动力学普遍方程,采用相对描述方式进行拆装机械臂变幅工况的刚柔耦合系统动力学建模。首先,对多柔体系统动力学方程进行有条件解耦,得到了自由刚体单元动力学方程和计及刚柔耦合效应的平面柔性梁单元精确的运动弹性动力学方程。然后,给出了基于等效方法的拆装机械臂多刚体系统动力学方程表达式,多刚体动力学的分析结果为下一步通过迭代方法求解拆装机械臂刚柔耦合动力学方程的系数矩阵做好铺垫。最后,通过坐标变换与有限元系统集成方法得到了拆装机械臂刚柔耦合系统动力学方程。拆装机械臂的刚柔耦合系统动力学方程具有时变、强非线性、强耦合的特点,本文将给出一种高效且实际的刚柔耦合动力学分析方法,将整个分析过程划分为多刚体系统的动力学分析以及在每个刚体步下瞬时结构的微幅振动分析。基于高效刚柔耦合动力学分析方法,以Intel Visual Fortran 2013为平台编制了适用于本课题拆装机械臂刚柔耦合系统动力学程序,得到了计及刚柔耦合效应的拆装机械臂变幅工况下的动力学响应曲线。本文对柔顺拆装机械设备的臂架系统做刚柔耦合动力学分析,将会对拆装作业机械设备的运动平稳性和安全性、运动轨迹的定位控制提供理论依据。