多柔体系统动力学建模及数值方法研究

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近年来,多柔体系统动力学受到越来越多的关注。建模方法和数值求解方法是其两大核心内容,本文对这两方面内容进行了论述和研究。本文首先论述了多柔体系统动力学的建模理论及方法,柔性体的动力刚化现象与分析方法,运用符号演算工具Mathematica推导了在系统建模中非常重要的质量矩阵及其导数、与速度二次项有关的广义力等系数。接着介绍了多柔体系统动力学的各种数值方法,重点论述了几种约束违约校正法,分析其优缺点及适用范围,提出了一种新的约束违约校正法。该方法从违约稳定法出发,在每一时间步,利用Newmark-β直接积分法计算迭代初值,基于控制方程及约束方程的泰勒展开,推导出Newton-Raphson迭代公式,对位移及拉格朗日乘子进行修正,保证了运算过程中约束方程和系统的动力学控制方程同时得到满足。最后,对一个典型算例进行了仿真计算,结果验证了本文方法的正确性和有效性。
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