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多体系统动力学基础及机车车辆仿真应用（题纲） 第一讲 引论 多体系统动力学的任务 0.1 计算多体系统动力学的任务 ● 工程的对象分为两大类：结构与机械 结构：正常工况下构件间没有相对运动。 机构：系统运行中部件间存在相对运动。[举例] ● 机械系统问题分为三大类：运动学分析、静力学分析与动力学分析 运动学分析：研究各部件的位置与姿态及变化速度和加速度而不考虑系统运动的起因（力）。 静力学分析：系统受静载时，确定在运动副制约下的系统平衡位置及运动副静反力。 动力学分析：载荷与系统运动的关系。 正问题——已知外力求系统运动 逆问题——已知运动求运动副动反力 正逆混合问题——已知部分受控部件的运动求载荷作用下系统其他构件的运动。 ● 复杂机械系统的现代设计要求 任务要求 虚拟设计：要求——方案——力学模型——数学模型——求解——性能 评价——改参数或方案——重新分析——直到满意——制图。（图0.1 ） 力学模型 分析后可行的设计在实际中未必可行需要试验！ 分析后有缺陷的设计则肯定或很可能不行！ 数学模型 ● 传统分析方法 牛顿-欧拉法或拉格朗日第二类方程导出运动微分方程求解，即人工建 数值计算 构型改变 参数改变 立微分方程，再编程求解，工作量大，对系统的简化和结果准确之间的妥协 性能分析 矛盾突出，而且这种方法严重的依赖系统的构型，构型发生变化则要重新建 方程求解，容易出错。其优缺点见《车辆系统动力学多刚体计算机程序述评》 否 达到要求 否 （请大家仔细阅读，在 网站新闻页最下面） 是 ● 计算多体系统动力学 制图设计 采用程式化的方法，利用计算机来解决复杂系统动力学问题，实现自动 图0.1 虚拟设计 建模与分析。这种思想促进了多体动力学的发展，考虑到该领域与计算方法、 软件工程紧密相连，Haug E J. 1984 年在其《Computer aided analysis and optimization of mechanical system dynamics》(Berlin: Springer-Verlag,1984)书中将这一领域称为计算多体系统动力学。其任务为： a) 建立复杂机械系统的动力学程式化数学模型，并开发实现该数学模型的软件，用户只需输 入描述系统的最基本数据，就能借助计算机按程序自动进行处理。 b) 开发和实现处理数学模型的有效计算方法与数值积分法，自动得到运动学和动力学响应。 c) 实现有效的数据后处理，并通过动画、图表或其他方法提供数据处理结果。 ● 计算多体动力学与有限元的区别运动的幅度；振动的快慢；部件与系统；……… 例如：发动机系统的运动 例如：发动机汽缸燃烧过程 例如：车体部件的变形分析 ● 计算多体系统动力学在计算机辅助工程中的地位 见图0.2 ● 目前多体系统商业化软件的种类和市场占有情况 见图0.3 CAE CAM CAD LCC CAd CAA CAO