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多体系统是由多个刚体或柔性体相互联结构成的通用机械系统模型,多体系统的分布式仿真、动态分析与优化等是目前机械系统计算机辅助分析研究的重要方向。 机械系统计算机辅助分析涉及多体系统模型建立、系统运动学分析、系统动力学分析、系统灵敏度分析与最优化设计。本文针对平面机械系统,采用分布式对象技术、计算机网络技术、多体系统分析、仿真与优化技术、数据库技术等建立了基于CORBA的机械系统计算机辅助动力学分析、仿真与优化设计的分布式软件环境。用户可以在客户端提交运动学仿真所需要的基本参数,在服务器端完成系统数学模型的自动建立、数值分析及数据管理,相应的数据和图形仿真结果反馈回客户端。 该系统采用绝对坐标方法自动建立多体系统动力学方程,其形式为微分/代数混合方程,即Euler-Lagrange方程。利用约束违约自动稳定方法求得多体系统在外力的作用下姿态、位移、速度、加速度。建立了多体系统优化的通用数学模型,首次采用惩罚函数方法实现了多体系统优化设计的通用方法。由于该方法是将约束优化问题转化为无约束优化问题,针对无约束优化问题,本文采用通用的Hooke-Jeeves直接探索优化方法,有效的实现了多体系统动力学分析与优化设计的分离,从而具有通用性。 基于实现的分布式计算机辅助分析与仿真系统,本文以曲柄滑块为例,利用平面多体动力学通用模型分析了在受到重力和转动力矩的情况下曲柄滑块的运动规律。并以弹簧阻尼器为例,实现了了动力学分析与惩罚函数法相结合解决多体系统最优化问题的方法。与国际近年研究成果比较,动力学分析与优化仿真结果令人满意。 本文的研究工作在分布式计算机辅助分析与多体系统最优化设计方法方面做出了积极而有效的探索,在多体系统计算机辅工程技术的研究与应用方面具有重要意义。