多柔体系统动力学拟变分原理及其应用

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多柔体系统动力学的发展,与航天技术的发展是密切相关的。从多体角度看,多柔体系统动力学是多刚体系统动力学的延伸,从动力学角度讲,刚体是柔性体的特殊情况。多柔体系统动力学考虑多体运动与柔性效应之间的交耦作用。最常见的多柔体系统为多柔体簇系统和多柔体链系统。本文研究多柔体簇系统。   多柔体系统动力学的拟变分原理的研究涵盖了许多学科,需要一般力学、固体力学等多个学科。   首先,研究了分析动力学含阻尼非保守系统的拟变分原理。从基本方程出发,应用变积方法推导了分析动力学含阻尼非保守系统的拟Hamilton原理,并给出了其它表达形式;建立了两类变量的广义拟势能原理和广义拟余能原理;建立了三类变量的广义拟势能原理和广义拟余能原理。建立了反映本构关系、几何条件和动态平衡方程的广义拟变分原理。应用分析动力学含阻尼非保守系统的拟Hamilton原理,研究二自由度系统的振动方程,并且得到随阻尼衰减解以及稳态解。   其二,研究了弹性动力学拟变分原理和广义拟变分原理。建立非保守系统弹性动力学拟Hamilton原理、拟余Hamilton原理、第一、第二类两类变量广义拟变分原理和三类变量广义拟变分原理。   其三,研究了单柔体动力学的拟变分原理。将变分方法推广应用到单柔体动力学问题中,推导了单柔体动力学的拟Hamilton原理,建立了两类变量的拟Hamilton原理。提出了单柔体动力学问题的拟驻值条件的概念,通过推导拟变分原理的拟驻值条件对拟变分原理进行了检验。以拦截器为例,说明了单柔体动力学两类变量的拟Hamilton原理的拟驻值条件和先决条件的物理意义;应用拟Hamilton原理的拟驻值条件建立了火箭垂直发射时的纵向振动方程,并且说明在单柔体动力学中“一力二用”的特性。   其四,研究了多柔体系统动力学的拟变分原理。将变分方法推广应用到多柔体系统动力学问题中。考虑附件三种运动情况:可伸展平动、转动、既可伸展平动又转动。推导了附件三种运动情况时的多柔体系统动力学的拟Hamilton原理,建立了两类变量的拟Hamilton原理。提出了多柔体系统动力学问题的拟驻值条件的概念,通过推导拟变分原理的拟驻值条件对拟变分原理进行了检验。应用可伸展平动附件多柔体系统动力学拟Hamilton原理的拟驻值条件,建立空间飞行器可伸展平动柔性梁横向振动微分方程,得到横向振动圆频率;应用转动附件多柔体系统动力学拟Hamilton原理的拟驻值条件,建立空间飞行器转动柔性梁横向振动微分方程,得到横向振动圆频率。
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