豐亮澤

摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)械工程的發(fā)展質(zhì)量和發(fā)展水平也得到了極大的提高。在拓展特定的行業(yè)內(nèi)容的同時(shí)，積極地理解和運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)的基本原理，能使機(jī)械工程行業(yè)的發(fā)展達(dá)到最大。同時(shí)，本文還將著重于從多體動(dòng)力學(xué)的基本含義出發(fā)，深入理解力學(xué)與多體動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系。希望能夠?qū)⒆约旱睦碚撝R(shí)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，不斷的提高我國(guó)的機(jī)械工程技術(shù)。

關(guān)鍵詞：多體動(dòng)力學(xué);機(jī)械工程領(lǐng)域;運(yùn)用

1 多體動(dòng)力學(xué)的含義

多體動(dòng)力學(xué)就是將多個(gè)部件結(jié)合在一起，形成一個(gè)整體的機(jī)械系統(tǒng)，每個(gè)部件的動(dòng)作，都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的位移和動(dòng)力。多體動(dòng)力學(xué)模型的建立是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，需要針對(duì)不同的項(xiàng)目，建立相應(yīng)的模型，其中包含了大量的參數(shù)，其中最重要的是動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。由于全過(guò)程牽涉到的因素很多，所以在設(shè)計(jì)中要合理應(yīng)用電腦技術(shù)，既能有效地降低生產(chǎn)壓力，又能提高生產(chǎn)效率。

1.1參考框架和坐標(biāo)系

機(jī)械在正常的運(yùn)動(dòng)中，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，這就要求有一個(gè)科學(xué)的衡量方法，而確定它的相對(duì)位移是最好的方法。要建立一套完整、科學(xué)的三維立體坐標(biāo)系，必須要找出最優(yōu)的固定體，從固定體的實(shí)際位置上，來(lái)確定坐標(biāo)的原點(diǎn)，并在多體動(dòng)力學(xué)模型中作局部座標(biāo)系，即連體基。連體基會(huì)隨著系統(tǒng)元件的持續(xù)運(yùn)動(dòng)而改變。在確定了連體基后，確定局部位置就相對(duì)簡(jiǎn)單了。固定體和柔性體是有區(qū)別的，當(dāng)固定體改變時(shí)，柔性體不會(huì)受到影響，它的作用是通過(guò)浮動(dòng)坐標(biāo)來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)的位置，并通過(guò)改變得到的參數(shù)，來(lái)描述它的特性。

1.2模型與模型元素

多體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到了很多方面，比如部件、約束、力源等，這些部件都會(huì)隨著設(shè)備的結(jié)構(gòu)而改變。由于模型中的元素是復(fù)雜多變的，需要對(duì)其進(jìn)行歸類，以促進(jìn)其快速、簡(jiǎn)便。按照模型元素的整體需求，可以把模型劃分為分析力模型、約束模型約束、部件模型約束和力模型約束。

2 機(jī)械工程領(lǐng)域多體動(dòng)力學(xué)應(yīng)用探究

2.1 柔性機(jī)械臂

輕質(zhì)量航天機(jī)械臂作為精度要求極高的航天設(shè)備，因此必須對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行有效的控制，以達(dá)到大范圍、高精度的定位跟蹤。由于鞭形天線等因素會(huì)對(duì)衛(wèi)星造成一定的影響，所以確保衛(wèi)星的工作狀態(tài)穩(wěn)定是關(guān)鍵。在機(jī)械臂結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用柔性多體系統(tǒng)，采用莫奈法和有限段方法，實(shí)現(xiàn)了端頭振動(dòng)的控制，或在設(shè)備端頭采用制動(dòng)力，從而有效地解決了柔性臂端頭振動(dòng)問(wèn)題。

2.2 機(jī)械手臂

多體動(dòng)力學(xué)是當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它是由一個(gè)獨(dú)立的分支和六個(gè)自由度組成的典型模型，以固定的形式將各個(gè)部件連接起來(lái)。機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。采用高速攝影儀測(cè)量，在頻率域、時(shí)間域的幫助下，將電樞電流轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定相應(yīng)的控制參數(shù)。

2.3 機(jī)械數(shù)控機(jī)床

在機(jī)械數(shù)控機(jī)床的操作中，經(jīng)常把工作中的工作精度作為一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行了誤差消除和誤差補(bǔ)償，從而提高了加工精度。誤差的避免主要是采用設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法，達(dá)到降低誤差的目的，并增加了設(shè)備的成本。多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，使其具有很好的補(bǔ)償性能，可以最大限度地降低誤差。

2.4 車輛工程領(lǐng)域

多體動(dòng)力學(xué)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)為對(duì)整車的結(jié)構(gòu)和各部件的特性進(jìn)行有效的分析，并將多體動(dòng)力學(xué)理論運(yùn)用于汽車多體系統(tǒng)的高水平開發(fā)。例如，利用模態(tài)綜合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車身的變形，并對(duì)具有較小自由度的模態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行了描述。懸架子結(jié)構(gòu)采用物理坐標(biāo)表現(xiàn)，并在有約束的情況下對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行組織和聯(lián)合求解。在充分考慮了車輛的物理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量因素的前提下，采用了柔性或離散的方法。通過(guò)集中質(zhì)量方法對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)與有限元分析法進(jìn)行了對(duì)比。

3 多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用方法

3.1 模型建設(shè)工作

在機(jī)械工程領(lǐng)域中，各種設(shè)備都是復(fù)雜的，必須要有各種部件的配合，才能發(fā)揮出最大的作用，因此，可以通過(guò)逐步建立模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的精確控制。比如火箭的受力分析，首先要進(jìn)行的是整個(gè)結(jié)構(gòu)的模擬，一般情況下，整個(gè)結(jié)構(gòu)都是由外力和內(nèi)力組成的，而外力則是由風(fēng)阻力、側(cè)向風(fēng)力、地心引力等因素組成。而內(nèi)力則包含了運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)力、材料固有振動(dòng)的頻率等因素，在具體的實(shí)驗(yàn)中需要按照火箭的型號(hào)來(lái)進(jìn)行。通過(guò)建立和提交其它參數(shù)，可以使系統(tǒng)判斷出火箭殼體各個(gè)部位的受力狀況，并與殼體建設(shè)中薄弱環(huán)節(jié)相比較。如果發(fā)現(xiàn)某一特定的受力狀態(tài)與該薄弱點(diǎn)的承力參數(shù)接近或超過(guò)，則可通過(guò)對(duì)該薄弱點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，從而避免在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生解體的問(wèn)題。至于零件的受力分析，則是要考慮到飛行的震動(dòng)、地球的引力、運(yùn)行中的科氏加速度等，這些都是必須要做的，所以，必須要將這些零件和整個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)的分析。這些參數(shù)可以通過(guò)火箭的設(shè)計(jì)來(lái)獲得，也可以用來(lái)作為火箭的約束參數(shù)，來(lái)研究火箭的實(shí)際操作載荷和最大最大載荷參數(shù)是否一致或超過(guò)，從而決定是否要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

3.2 相關(guān)參數(shù)獲取

通過(guò)相應(yīng)參數(shù)的確定與獲得，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究與完善，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。一方面，通過(guò)輸入特定的加工參數(shù)，對(duì)整個(gè)設(shè)備的操作進(jìn)行研究。同時(shí)，還必須引入相關(guān)的約束條件，通過(guò)這兩種因素的綜合影響，可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

3.3規(guī)律研究工作

常規(guī)的工作是確定各種部件的工作狀態(tài)，然后把有關(guān)的參數(shù)輸入到建設(shè)模型的總體受力狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)模型的整體受力分析。此外，還可以利用分段建模的方法，來(lái)分析在特定的設(shè)備操作中，各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)模式以及它們之間的交互作用，以及在以后的工作中，將這些模塊與其他子系統(tǒng)的連接在一起，利用這個(gè)方法，可以分析出各個(gè)構(gòu)件在不同工作狀態(tài)下的作用。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，在機(jī)械工程領(lǐng)域，充分發(fā)揮多體動(dòng)力學(xué)的效用，可以推動(dòng)機(jī)械化的發(fā)展。多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，可以增強(qiáng)機(jī)械臂的使用性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化效果，提高機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化效率，優(yōu)化制造業(yè)的生產(chǎn)，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王燕玲. 多體動(dòng)力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，34（1）：12-14.