引言
多体动力学主要是指一种探讨将若干个刚性与柔性物体之间连接成整体运行原理的领域,该领域的内涵主要包括柔体、刚体两个领域,可以弱化机械工程中计算推导的困难,因此人们必须深入分析本领域在机械方面的应用技术,从而采取相应方法,提高多体动力学的使用效益,尽快推进机械的开发步伐。
一、多体动力学的含义
多体动力学是将多个部件组合起来形成一个完整的机械系统。每个部件的动作都会产生相应的位移和功率。多体动力学模型的建立是一个非常复杂的过程，需要针对不同的项目建立相应的模型，包括大量的参数，其中最重要的是动力学参数和运动参数。因为整个过程涉及的因素很多，所以在设计中要合理的应用计算机技术，不仅可以有效的降低生产压力，还可以提高生产效率。
1.1参考框架和坐标系
机械在正常的运动中,会产生相对位移,这就要求有一个科学的衡量方法,而确定它的相对位移是最好的方法。要建立一个全面、正确的三维或立体坐标系,就一定要找到最优的固定体,在固定体的实际情况中,来决定坐标系的原点,或在多体动力学模拟中作局部坐标系,即连体基。连体基会由于系统元件的不断运动而变化。当选定了连体基后,确定局部位移也就比较简单了。稳定体与柔性体之间是有差异的,但当稳定体发生变化时,柔性体就不会受影响。
1.2模型與模型元素
多体动力学的结构关系到的许多领域,包括设备、控制、压力源等,这些部分也可能因为系统的结构而发生变化。由于模型中的元素都是复杂多变的,需要对其进行归类,以促进其快速、简便。根据建模内容的总体要求,可将建模划分为分析力建模、约束模型约束、部件建模控制和力建模控制。
二、多体动力学在机械工程领域的应用探究
2.1多体动力学在航空航天领域的应用
航空航天领域作为我国国家重点的科学技术优先发展行业,在近年来也是越来越关键技术上取得了重大突破,是目前全球航天航空技术世界最领先的国家之一。而多体动力学也在我国航空航天领域有着很广泛的运用。因为飞机就如同是一个复杂精密的设备,其中的所有部分都需要经过合理的设计,才可以达到最完美的结合。在飞机的机体结构、风机零部件设计、飞机发动机等中,都离不开多体动力学的运用。例如飞机的造型设计,就大致包括了制图、流体力学研究、热力学设计研究、多体动力学研究、系统控制等多个领域。使用了多体动力学的分析能够很好的在电脑上形成飞机的建模,以便对飞机的外形做出最佳计算,大大减少了人力物力的耗费,还能够减少许多的差错。另外航空航天领域的各种复杂的设备零部件等,也能够在后使用多体系统动力学来建模和计算,确定最佳方法,以便运用在工程中。
2.2多体动力学在机器人领域的应用
机器人领域一直是人类目前发展的比较快的一项技术,不过一般的机器人也有一大特征就是操作十分的机械化,动作不够敏捷。所以对于机器人技术比较了解的人也应该清楚机器人领域，机器人领域是整个系统主要是由机器部门、感知部门和操控部门所构成。而其中,机械部分主要是包括了刚性座、手臂、腕关节、譬部等三个主要关节单元,将它们组合在起来便是一个刚性多体系统,而刚性多体系统中的动作轨迹和自由度都有一定的限制,从而使机器人的操作更加机械化。现在多体系统动力学中的柔性多体技术已经能够很好的攻克这些难题,而现在我国的复合材料技术也在不断的发展,使得更多的能够实现柔性多体技术的复合材料可以运用到机器人领域，通过对柔性多体技术的模拟与计算,以及进行机器人的设计方案,现在的我国很多机械设备的工作精度已经大大提高。
2.3多体动力学在车辆工程领域的应用
随着我国车辆工程领域的日益发达,人们对车辆的安全性能、操作稳定性和行驶平稳定性以及使用舒适度,均有了越来越高的需求。不过,由于车辆工程领域本身就是一种复杂的多体系统组合,人、车辆、周围环境为一体的复杂相互作用,所以传统的车辆工程设计方式必须是进行很多次的试验和仿真,才能满足人们最基本的设计需求,也就无法适应现在人们度汽车的需求。通过多体控制系统动力学的应用,以及利用数字化样机对车辆工程领域动力学特性进行计算机模拟,就能够形成车辆模型、并进行大数据分析与求解,从而快速的就能确定最佳方案。
2.4多体动力学在机械数控机床领域的应用
机械数控机床领域中的所有产品都严格的准确度要求,尤其一些仪器,设备准确度高,可以制造出优秀的产品。机械数控机床正是属于这一类设备,必须一定的高精度,才能确保所制造出来的产品都是合格的。而机械数控机床领域主要由发展机床单元、回转刀柄、滑动轨道副、滚珠丝杠副几部分所组成,它是一个刚性多体系,经过对该体系的数据计算并在电脑上进行模拟,最后调整制造出来的机械数控机床具备静态刚性和动刚度好、抗振性好、加工精度高、热变形小、智能化水平高及便于使用等优点。
2.5模型建设工作
在机械工程领域中，各种设备都是复杂的，必须要有各部分的配合，才能发挥最大的作用，因此，可以逐步建立模型来实现对结构的精确控制。比如火箭的受力分析，首先要进行的是整个结构的仿真，一般来说，整个结构是由外力和内力组成的，而外力是由风阻力、侧向风力、重力等因素组成的。而内力包括操作过程中的振动力、材料的自振频率等因素，在具体实验中需要根据火箭的型号进行。通过其他参数的建立和提交，系统可以判断火箭壳体各部分的受力情况，并与壳体结构中的薄弱环节进行比较。一旦出现某一特定的受力条件与某薄弱环节的承力值相似或高于,则可以通过对该薄弱环节加以调整,从而防止在操作过程中出现解体的问题。对于零件的受力分析,则主要是要考虑到飞机的振动、大气层的引力、物体运动时的科氏加速度等,而这都是一定要考虑的,所以,就一定要对这些零部件的整个单元加以详尽的研究。这种数据既可以通过对运载火箭的研究来得到,也可通过作为运载火箭的控制数据,以研究运载火箭的最大实际操作载荷值与最大最大负荷值之间的一致或超越,从而决定是否要进行相应的优化。
结束语
综上所述,在机械领域工程中充分发挥了多体运动力学的作用,可以推动工业机械化的进展。在机械工程领域中,多体运动力学的合理运用能够提高机器臂使用性能、提高发动机设计过程优化效果、提升机器生产过程优化效果、优化机械生产水平,进而带动了中国工业各应用领域的自动化、智能蓬勃发展。
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