温国伟
【摘 要】多体系统属于一门综合性课程，涵盖的学科较多，包括计算力学、工程力学等，是机械领域发展的新型课程。近年来，互联网技术也与其良好融合。通过实践证明显示，多动体力学对机械工程领域的推动作用较大，引起了社会的广泛重视。
【关键词】多体动力学；机械工程领域；运用
本文以多動体力学作为切入点，围绕其在机械工程领域中的运用进行阐述，并借助一系列实例进行分析，希望能给相关技术人员借鉴意义。
1 构建多体动力学模型的方法
随着机械工程行业的高速发展，多动力学的应用率也逐渐提升。由于机械多体系统由种类丰富的部件构成，机械设备为了实现运动功能，机械装置的不同不见应调整好对应的参数，包括位移、速度等。多体动力学系统建模期间，涵盖的模块体现在以下方面：坐标系、模型、相关定义约束。多体动力学中的重要内容为系统的动力学及运动学。对于经典力学而言，多体动力学研究的系统较为繁杂，同时各个部件的自由度有明显的差异性，部件在位移过程中也存在变化，因此构建与求解运动微分方程的环节难度较高，需要充分运用互联网技术。坐标系刚体即机械在运动期间，某两点的距离存在不变特点的物体。通过在刚体上任选一点，将其构建成一个三角坐标系，能保持刚体的稳定结构。将原点设置成C点，该坐标系又称局部坐标系。在机械部件上设置连体基，部件在运动的过程中，能带动起运动。值得注意的是，刚体的运动状态不会影响连体基，所以，当连体基的位置确立后，刚体上任意一点位置也已经明确标注。对于连体基而言，其参考对象在选择上，应以地面为参考对象。地面坐标系属于固定值，其具备全局坐标特点。对于多体系统而言，柔性体的坐标定义与刚体的坐标定义有显著区别，因此当技术人员设立好坐标定义后，刚体状态并不会被影响。当柔性体出现变化后，坐标系的角位移与线位移也会受到影响，并且在柔性体上显示出局部存在的不同。当广义坐标构建后，后续动力学方程的求解速度会受到影响。因此技术人员为了获取坐标系方位的解析过程，应借助转动广义坐标，来使方向余弦矩阵受到确立。在物体的转动坐标中，常常参考欧拉角或卡尔丹角，该算法具有规范性，但是，奇点附近的数值时在计算期间遇到的难度较大；另外一种方法为借助余弦矩阵转动广义坐标，为了实现该方法，技术人员可以增设6个方向的约束方程，方程变量在求解过程中，存在难度较大的问题。当欧拉参数属于广义坐标的转动对象后，计算人员在计算期间不会遇到奇点。在机械设备中，其主要要素包括力元、力偶、铰等，这些种类十分繁多。譬如对于机械设备而言，基础的约束类型部件大概为十种，为了使机械要素的管理更具科学合理性，技术人员可以就元素的属性进行划分，使元素被分成以下几种：部件模型约束、约束模型约束、分析力模型元素等。在多体动力学系统部件的研究过程中，当系统外部或者内部受到限制后，通过对机械设备的不同部件进行定义后可以发现，力元即多体动力学中，各部件产生作用的现象；拓扑结构属于多体动力学中，系统各个部件的联系模式。
对于多刚体系统动力学方程而言，技术人员在质点系动力学方程的推理环节中，需要基于矢量模式的牛顿力学角度在构建上存在直观性较强的特征，欧拉方程组在该方式的分析中也具备该特征，使刚体的空间运动中被划分为不同的状态。以拉格拉日乘数为基础的质点动力学方程可以构建多体动力学方式。值得注意的是，多刚体系统在方程组建立期间存在一定的繁杂性，拉格拉日坐标系在构建期间应保持独立性。
2 多体动力学在机械领域的探索与运用
2.1 动力学分析
经典的多体动力学模型主要为工业型机器人，构成模式包括一项分支及六项自由度，同时不同的部件间常常通过铰联系。譬如PUMA760机器人，基于频率域与时间域上进行分析，通过高速摄像仪测量设备获取其参数，当电枢电流值被转化成驱动转矩后，大臂当量转矩值是7.1N·m/A。按照构建的多体动力学的逆预算模式，能获取相关的平均值。运用离散法处理完成后，将其和传递函数对比，笔者发现两者值大致相似，对于工业机器人而言，大臂固有频率是10.83Hz，小臂则是16.62Hz。当模态参数经过拟合处理后，能够形成相应的物理参数，使工业机器人获取刚度、当量阻尼系数。按照理论模式与实践经验，可以发现当精确度能获取保障的环境中，运用多体动力学的模型分析工业机器人的动力学，能从很大程度上提升分析质量。
2.2 柔性机械臂振动控制
轻质重载航天机械臂属于航天设备，其涵盖的精度较高，端点处执行大范围高精度的位置跟踪运动，因此技术人员需要落实好该机械臂的振动控制工作，由于卫星受到鞭状天线的影响后，会存在失衡情况。为了良好控制端头振动，技术人员可以采取的模式包括：有限段法、模态法，根据大量实践调研分析显示，当柔性臂端点振动在大区域中运行时，控制其要点是在某个时间点内增设制动力，实施对象为设备端头。柔性臂的频率、固有阻尼与时间点存在很多联系。技术人员通过充分注重系统的动态情况，可以对航天机械臂的端点振动进行良好控制。根据科学家研究检测出，当柔性臂端点的变形生效后，能使全闭环反馈效果较佳，同时使机械臂振幅减小到一定的程度。效果最佳的方式为运用力控制，即借助用力学逆向测算获取数值后，将其作为机械臂施加制动力的值。
3 结语
综上所述，多体动力学在机械领域中受到了广泛运用。如今，在多体动力学相关理论的发展下，其在机械工程领域里创造了很多科技成果，能为该领域带来良好的效益，使我国机械工程领域尽快实现可持续发展。
【参考文献】
[1]刘世海.多体动力学在机械工程领域的应用[J].商品与质量，2017（4）.
[2]李天吉.多体动力学在机械工程领域的应用[J].中国科技投资，2017（11）.
[责任编辑：张涛]endprint
