刘铖 胡海岩

(北京理工大学宇航学院力学系,北京 100081)

引言

多体系统动力学的研究对象是由多个具有运动学约束、存在大范围相对运动的刚性或柔性部件组成的复杂系统,主要研究内容是这类系统的动力学建模、计算和控制.该学科与多个相邻学科具有交叉.例如,计算结构力学领域的学者研究柔性结构的大变形动态行为,这相当于一类特殊的多柔体系统动力学问题.

在历史上,多体系统动力学与计算结构力学沿着各自的途径发展.早期,多体系统动力学研究针对多刚体系统,关注如何描述刚体大范围运动以及刚体间的连接关系,即如何表征系统惯性力以及约束力等相互作用力;计算结构力学则研究无刚体运动的复杂结构,关注如何近似描述结构变形及表征结构的内力.由此,两个学科的研究思路以及研究方法存在明显区别,导致了一定的学科壁垒.

随着学科的拓展,上述两个学科均涉足如何描述具有大变形的柔体动力学问题,在结构力学领域,将这类问题称为几何非线性问题.从严格意义上看,计算结构力学中的几何非线性是由于柔体大变形引起的转动所致.而多柔体系统动力学中的几何非线性不仅包括柔体大变形引起的转动,更包含由柔体大范围刚体运动引起的转动,其非线性程度远高于计算结构力学中的几何非线性问题.因此,从几何非线性角度来看,多柔体系统动力学建模和计算的难……