【摘 要】
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多体系统由通过运动副或关节相连接的多个物体（刚体、柔体/弹性体、软体等）所组成,具有大范围的转动或者移动。多体系统动力学一般可分为多刚体系统动力学、柔性多体系统动力学、软体多体动力学以及散体多体动力学等,多刚体系统动力学理论研究起步较早,其理论和应用都已经较为完善。而柔性多体系统动力学则较为复杂,虽然目前已经有了大量研究成果,但其理论体系以及工程应用仍有待深入研究。随着多体系统动力学理论的不断发展
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多体系统由通过运动副或关节相连接的多个物体（刚体、柔体/弹性体、软体等）所组成,具有大范围的转动或者移动。多体系统动力学一般可分为多刚体系统动力学、柔性多体系统动力学、软体多体动力学以及散体多体动力学等,多刚体系统动力学理论研究起步较早,其理论和应用都已经较为完善。而柔性多体系统动力学则较为复杂,虽然目前已经有了大量研究成果,但其理论体系以及工程应用仍有待深入研究。随着多体系统动力学理论的不断发展和完善,在车辆、航空航天、武器等工程领域中都得到了越来越广泛地应用。多体系统动力学在车辆工程领域的应用主要体现在车辆系统动力学和运动学仿真、不确定性分析、优化以及控制等。目前在车辆多体系统动力学建模的过程中,主要包括两种类型的建模方法,一种是基于笛卡尔坐标系的全局公式,这种方法建模过程简单,因此也被广泛应用于多体动力学商业软件中,但是该方法存在模型复杂、计算效率低等缺点。还有一种建模方法是基于相对坐标系的递推建模方法,这种方法建模过程较为复杂,但是能够通过速度变换降低系统动力学方程的维度,从而极大地提高计算效率。本文以某款15自由度乘用车作为研究对象,基于两步式半递推多体动力学建模方法建立其多体动力学模型,为了揭示其中的柔性部件对车辆系统动力学的影响规律,提出了一种新的柔性多体系统动力学研究方法,并应用多体动力学商业软件ADAMS验证了该方法的有效性。本文的研究内容总结如下:1.以半递推多体动力学建模方法中的刚性杆件移除方法为基础,结合有限元理论,提出了一种新的用于打开柔性闭环多体系统的方法,即柔性杆件移除方法。将该方法应用到两种不同形式的柔性四杆机构,然后与ADAMS刚柔耦合仿真结果进行对比,最后验证了该方法的有效性。2.在MATLAB中以两步式半递推建模方法为基础建立车辆多体系统动力学模型,将柔性杆件移除方法用于打开车辆闭环多体系统,其中考虑悬架中的部分杆件为柔性杆件。最后选取了部分动力学参数作为评价指标,对比车辆多刚体系统动力学和车辆刚柔耦合多体系统动力学的仿真结果,量化柔性杆件变形对车辆系统动力学响应的影响。3.对采用柔性杆件移除方法的车辆多体系统动力学仿真进一步拓展应用,在仿真运算的过程中提取出每一个积分步悬架柔性杆件受力,然后在Workbench中对其进行应力应变分析,最后计算刚柔耦合车辆多体系统动力学仿真过程中柔性杆件的应力应变状态。
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