融合多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論優(yōu)化機(jī)械工程的探究

鄧祖才

摘 要：多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論在機(jī)械工程中有非常廣泛的應(yīng)用。在機(jī)械工程中應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，一種常見的方法就是構(gòu)建有關(guān)模型，其具有簡(jiǎn)化計(jì)算難度的功效。而本文則對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論實(shí)際應(yīng)用、動(dòng)力學(xué)分析以及機(jī)械臂分析做出了相應(yīng)的介紹。

關(guān)鍵詞：多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論；機(jī)械工程；模型

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用越來越多。而在進(jìn)行機(jī)械工程相關(guān)事宜研究時(shí)，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論起到了很大的作用。又因?yàn)闄C(jī)械工程在計(jì)算方面是相當(dāng)復(fù)雜的，因此相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論有足夠的重視。

一、構(gòu)建有關(guān)多體系統(tǒng)動(dòng)力的模型

隨著機(jī)械工程在現(xiàn)代社會(huì)的重要性不斷地提升，多體系統(tǒng)動(dòng)力在很多地方都有了應(yīng)用。然而直接應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)理論進(jìn)行有關(guān)機(jī)械工程相關(guān)的分析是相當(dāng)復(fù)雜的，因此相關(guān)人員必須使用一定的方法來簡(jiǎn)化計(jì)算上的難度。構(gòu)建有關(guān)多體系統(tǒng)動(dòng)力的模型就是簡(jiǎn)化計(jì)算難度的一個(gè)好方法。在機(jī)械系統(tǒng)中，其具有非常多復(fù)雜的部分。有時(shí)候，機(jī)械系統(tǒng)需要完成某一方面的功能，這就需要大量的部件之間協(xié)同工作。為了讓大量部件能夠更好地進(jìn)行協(xié)同工作，相關(guān)人員必須要設(shè)置好有關(guān)部件的參數(shù)，例如：位置、速度等。在構(gòu)建有關(guān)多體系統(tǒng)動(dòng)力的模型時(shí)，相關(guān)人員需要注重以下幾個(gè)方面：第一，選擇合適的坐標(biāo)系，建立模型后定義完整的約束。在選擇合適的坐標(biāo)系之時(shí)，相關(guān)人員一定要對(duì)坐標(biāo)系的參照物做出挑選，使之滿足具有變化小的特點(diǎn)。第二，選擇合適的工具來簡(jiǎn)化模型的操作難度。由于機(jī)械工程相關(guān)的多體系統(tǒng)動(dòng)力是非常復(fù)雜的，因此在實(shí)際的應(yīng)用中，相關(guān)人員有可能會(huì)建立很多形式復(fù)雜的方程，例如：大量的微分方程。這時(shí)利用模型系統(tǒng)進(jìn)行求解不僅是復(fù)雜的，其還有可能會(huì)耽誤很多時(shí)間。為了解決這個(gè)問題，相關(guān)人員可以運(yùn)用相關(guān)的工具包。當(dāng)然，其也可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來進(jìn)行相關(guān)求解。第三，應(yīng)用一些多體系統(tǒng)動(dòng)力上的小技巧。在應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力相關(guān)模型的時(shí)候，相關(guān)人員可以使用一些小技巧來簡(jiǎn)化對(duì)模型的操作。這就比如說：對(duì)于距離恒定的兩個(gè)物體，相關(guān)人員可以選擇剛體上隨意的一點(diǎn)，使之形成三角坐標(biāo)系，而這可以保持剛體結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定。當(dāng)然，除了三角坐標(biāo)系，相關(guān)人員也可以根據(jù)自己實(shí)際的需求而建設(shè)其他坐標(biāo)系，例如：局部坐標(biāo)系。第四，需要對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力中相關(guān)的理論有充分的認(rèn)知。多體系統(tǒng)動(dòng)力是一個(gè)非常龐大的動(dòng)力系統(tǒng)，在這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中存在很多細(xì)小的知識(shí)。而很多情況下，細(xì)小的知識(shí)對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力模型的建立與使用都具有很重要的意義，因此相關(guān)人員必須精益求精，對(duì)其中細(xì)微的知識(shí)點(diǎn)加以應(yīng)用。一些細(xì)微的知識(shí)點(diǎn)包括：當(dāng)連體基具有了確定的位置后，剛體上所有點(diǎn)的位置都已經(jīng)確定、選擇地面作為坐標(biāo)參考系是一種常見的方法、為了較好地解決有關(guān)柔體運(yùn)動(dòng)的特性，相關(guān)人員可以在建立廣義坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上使用方向余弦矩陣有關(guān)的理論。第五，針對(duì)不同的情況使用不同的方法。參考卡爾丹角或者歐拉角是一種常見地解決物體轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)中問題的方法。但是這種規(guī)范度較高的方法卻不適用于所有情況，這就比如說：用其計(jì)算奇點(diǎn)附近相關(guān)的數(shù)據(jù)難度是很大的。而在這種情況下，相關(guān)人員可以另辟蹊徑，采取余弦矩陣轉(zhuǎn)動(dòng)廣義坐標(biāo)的方法實(shí)現(xiàn)相關(guān)計(jì)算。

二、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

（一）實(shí)際應(yīng)用方面

在實(shí)際的機(jī)械工程中，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)具有非常廣泛的應(yīng)用。這就比如說：汽車、航天、機(jī)器人、機(jī)械數(shù)控等。隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車、航天、機(jī)器人、機(jī)械數(shù)控在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的重要性越來越大，其是現(xiàn)代社會(huì)能夠較好運(yùn)行的基礎(chǔ)。而多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)這些現(xiàn)實(shí)社會(huì)中實(shí)際應(yīng)用而言也具有很強(qiáng)大的促進(jìn)作用。例如：在汽車設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者可以將汽車車身當(dāng)做柔性體，使用集中質(zhì)量法對(duì)其進(jìn)行離散化的處理。在此過程中，其可以應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)上的知識(shí)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響加以考慮。而在完成一些細(xì)節(jié)后，其可以使用上文中提到的機(jī)械工程多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立的方法來建立完善模型、添加完善的約束條件。而使用這種方法所具有的好處是：相關(guān)人員可以對(duì)汽車設(shè)計(jì)有更直觀的認(rèn)知，可以更好地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并及時(shí)對(duì)問題做出改善處理。

（二）動(dòng)力學(xué)分析

動(dòng)力學(xué)分析是多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中非常重要的一個(gè)方面。在很多情況下，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的直接對(duì)象都為工業(yè)型機(jī)器人。當(dāng)然，與此同時(shí)工業(yè)型機(jī)器人也是較為經(jīng)典的模型。在對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析的過程中，相關(guān)人員往往會(huì)通過鉸來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力模型中不同部分的聯(lián)系。獲取正確的參數(shù)也是進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析中非常重要的一個(gè)部分。在實(shí)際的應(yīng)用中，相關(guān)人員具有多種獲取參數(shù)的方法，例如：利用高速攝像儀進(jìn)行信息的捕獲。在應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換運(yùn)算與處理之后，技術(shù)人員就能夠獲得關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的詳細(xì)信息，包括：當(dāng)量阻尼系數(shù)、剛度等。采取這種方式具有的好處為：簡(jiǎn)化分析者的分析信息，使之能夠?qū)ζ涞馁|(zhì)量做出較好的把控。

（三）對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行分析

機(jī)械臂是機(jī)械工程中經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到的一個(gè)設(shè)備，其在很多不同的工業(yè)都有應(yīng)用，例如：重載航空機(jī)械臂、工業(yè)制造機(jī)械臂。由于機(jī)械臂具有特殊的應(yīng)用功能沒想過人員需要對(duì)其精確度加以把控，其要保證機(jī)械臂具有較好的穩(wěn)定性。為了提高機(jī)械臂的穩(wěn)定性，相關(guān)人員可以采取的研究方法有：模態(tài)法、有限段法。在應(yīng)用這些方法的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員需要采取一定的調(diào)查實(shí)踐，由此設(shè)計(jì)出最適宜的機(jī)械臂參數(shù)。

三、總結(jié)

在機(jī)械工程中應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論具有簡(jiǎn)化機(jī)械工程相關(guān)計(jì)算和操作的作用。一種利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論解決多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中存在問題的方法為：利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論建造與之相關(guān)的模型。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論應(yīng)用在很多實(shí)際生活中，包括：汽車、航天、機(jī)器人、機(jī)械數(shù)控等。而在應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論之時(shí)，相關(guān)人員不能夠忽視動(dòng)力學(xué)分析和對(duì)機(jī)械臂的分析。

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