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| 1 | 大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制显示文摘我国航天工业迫切需要掌握可入轨后展开的大型网架式空间结构技术,以便研制口径十几米、乃至数十米的星载天线.该技术的主要科学基础是这类空间结构展开和服役过程的非线性动力学建模、分析和控制.本文综述了与上述科学基础相关的研究进展,提出应重点关注的3个科学问题:一是大型网架式空间结构展开过程的多柔体系统动力学,尤其是如何对微重力环境下索网的接触和缠绕、运动副内碰撞、结构展开与航天器本体间的耦合等导致的非线性动力学进行建模和分析;二是大型网架式空间结构展开锁定后服役的动力学分析,尤其是如何揭示结构柔性、众多运动副间隙、交变热载荷等因素引起的复杂非线性振动机理;三是大型网架式空间结构展开锁定后服役的动力学控制,尤其是如何在欠驱动、低能耗条件下对非线性振动和波动传播提出有效的控制方法. | 胡海岩 田强 张伟 金栋平 胡更开 宋燕平 | 2013 | 力学进展2013，43，4： | 73 |
| 2 | 航天重大工程中的力学问题显示文摘近年来,我国航天重大工程蓬勃发展,航天工程中新的力学问题不断涌现,开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用.随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣,发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出.大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求,而高精度、高分辨率的观测需求,为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题.同时,这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求,在这些领域,各国学者也积累了一定的成果.本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题,从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述.内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面,同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向. | 孟光 周徐斌 苗军 | 2016 | 力学进展2016，46，1： | 52 |
| 3 | 航天器动力学与控制的研究进展与展望显示文摘开展航天器动力学与控制的研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用,其目的在于发展有效的方法促使航天器在各阶段平稳可靠地运行.航天器技术发展迅速,其形式日趋多样化,功能与构造日趋复杂,已经向大型空间站、微小卫星、深空探测等方向发展.航天器结构表现出多耦合、非线性、极端外界环境,以及大尺度柔性结构等特征,由此激发起航天器动力学与控制领域各方向的深入研究.航天器动力学与控制的研究方法覆盖理论分析、数值仿真,以及实验模拟等诸多方面,研究内容十分丰富.本文概括介绍了近年来航天器动力学与控制研究方面的发展状况,综述了跨航天器动力学与控制、航天器系统级动力学与振动控制、航天器部件级动力学与振动控制等航天领域中的若干基础问题.内容主要集中于航天领域中不同应用范围、不同层次结构的航天器动力学模型的建立和动力学响应与振动控制的研究方法及已取得的成果.最后,提出了该领域中值得进一步考虑的科学问题及未来的发展方向. | 黄文虎 曹登庆 韩增尧 | 2012 | 力学进展2012，42，4： | 48 |
| 4 | 基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学高效计算方法显示文摘绝对节点坐标法已经被广泛应用于柔性多体系统的动力学研究之中,但是其计算效率问题尚未得到很好的解决.基于绝对节点坐标方法计算弹性力及其对广义坐标的偏导数矩阵(Jacobi矩阵),通常是基于第二类Piola-Kirchhoff应力张量来完成,计算效率不高.根据虚功原理并采用第一类Piola-Kirchhoff应力张量的方法直接推导得到了弹性力及其Jacobi矩阵的解析表达式.基于不同方法所得的数值算例结果对比研究表明,该方法可使计算效率大大提高. | 刘铖 田强 胡海岩 | 2010 | 力学学报2010，42，6： | 32 |
| 5 | 多柔体系统动力学研究进展与挑战显示文摘首先回顾多体系统动力学的学科发展和学术交流情况,然后系统概述了多柔体系统动力学方程数值算法、多柔体系统接触/碰撞动力学与柔性空间结构展开动力学三个方面的研究进展及值得关注的若干问题,最后给出了开展多柔体系统动力学研究的若干建议. | 田强 刘铖 李培 胡海岩 | 2017 | 动力学与控制学报2017，15，5： | 28 |
| 6 | 多柔体系统动力学建模与优化研究进展显示文摘多柔体系统是由柔性部件和运动副组成的力学系统,在航空、航天、车辆、机械与兵器等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括柔性机械臂、直升机旋翼、卫星的可展开天线、太阳帆航天器等.近年来,随着工程技术的发展,多柔体系统动力学问题日益突出,尤其是含变长度柔性部件的多柔体系统,不仅涉及其动力学建模与计算,还涉及其动力学优化设计.事实上,部件柔性对多柔体系统的动力学行为影响很大,直接影响到优化结果,因此需要发展基于多柔体系统动力学的优化设计方法.本文首先阐述了多柔体系统动力学优化的研究背景及意义,简要回顾了多柔体系统动力学建模的3类方法:浮动坐标方法、几何精确方法和绝对节点坐标方法,并介绍了含变长度柔性部件的多柔体系统动力学建模方法.系统概述了多柔体系统动力学响应优化、动力学特性优化和动力学灵敏度分析3个方面的研究进展,并从尺寸优化、形状优化和拓扑优化3个方面综述了多柔体系统部件优化的研究进展.本文最后提出了在多柔体系统动力学优化研究中值得关注的若干问题. | 孙加亮 田强 胡海岩 | 2019 | 力学学报2019，51，6： | 27 |
| 7 | 具有刚-柔-液-控耦合的航天器动力学研究进展显示文摘从现代复杂航天器姿态非线性动力学、液体燃料晃动动力学与控制问题、航天器刚–柔耦合系统动力学建模问题、航天器刚–液耦合动力学、航天器刚–柔–液–控耦合动力学、充液航天器实验问题等方面概述了近年来国内外在充液航天器多体耦合动力学相关领域的最新研究进展.分别从液体燃料晃动动力学建模问题、航天器刚–柔–液–控耦合系统非线性理论和方法、计算机数值仿真及物理实验问题等方面展望了有待进一步加强的研究课题. | 岳宝增 宋晓娟 | 2013 | 力学进展2013，43，1： | 19 |
| 8 | 基于绝对节点坐标法的柔性绳索体建模仿真研究显示文摘将绝对节点坐标法应用于柔性绳索体动力学建模和仿真的研究之中,利用绳单元建立了二维悬臂梁、三维柔性网和刚-柔耦合柔性网三种模型。借助Bathe积分策略和广义极小残量法(GMRES)对长时间历程、非对称大型稀疏矩阵方程组进行了分析求解,得到了三种模型的动力学仿真结果。通过对柔性绳索体的建模和仿真研究,确立了适用于大变形、大位移柔性绳索体动力学研究的方法,并提出了该研究领域未来发展方向应是绝对节点坐标法与各向异性材料本构关系的结合。 | 沈剑 韩峰 陈放 周峤 | 2016 | 科学技术与工程2016，16，31： | 10 |
| 9 | 基于总体坐标法的大变形锚泊线的静力分析显示文摘为解决锚泊线轴向大拉伸问题,提出了一种联合应用总体坐标、能量变分原理和有限元法的解决方法。通过总体坐标使用节点斜率取代转角,直接在总体坐标系下以当前构形形成微元非线性应变位移关系的描述方法,同时建立当前构形与参考构形下的参量映射关系;利用能量变分原理建立应变能和外力功的平衡方程,进而形成锚泊线的单元刚度矩阵;按照有限元法完成单元组装和数值求解。这种方法在三维空间内较为准确地刻画了锚泊线的大转动和大拉伸变形,并且在单元组装时,不必进行局部坐标与总体坐标之间的转换,节省了计算时间。与具有解析解的可拉伸悬链线理论的对比显示,该方法具有较快的收敛速度和较高的计算精度。 | 马刚 孙丽萍 | 2014 | 哈尔滨工程大学学报2014，35，6： | 7 |
| 10 | 刚柔耦合多体系统动力学模型降阶显示文摘提出了基于模态综合法的刚柔耦合多体系统动力学模型降阶方法。该方法用自然坐标法和绝对节点坐标法分别描述刚柔耦合多体系统中的刚体构件和柔性体构件,同时用Craig-Bampton方法对柔性体模型进行减缩。对于刚体构件与柔性体构件之间只存在线性约束的情况,建立了消除线性约束的刚柔耦合多体系统动力学方程。最后,为了验证的该方法的有效性,对刚柔耦合双摆进行了研究。仿真结果表明:适当选择模态就可以在满足计算精度的同时减少计算时间,提高计算效率。 | 孙东阳 陈国平 | 2014 | 振动工程学报2014，27，5： | 7 |
| 11 | 基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析显示文摘以精确几何模型梁单元为基础,对圆截面螺旋弹簧刚度的非线性特性进行了分析。结合弹簧细长结构的变形特点,选取弹簧半径、弹簧高度、螺旋线极角和簧丝截面扭转角作为螺旋弹簧的描述变量;按照Bernoulli梁理论,通过形心曲线切矢量和簧丝截面扭转角建立截面坐标系;基于大转动梁的变形虚功率,获得螺旋弹簧曲率矢量,构建弹簧变形虚功率;应用柔体建模过程的滤除高频震荡分量方法修正弹簧系统动力学方程求得弹簧刚度,提高计算效率。数值算例表明,计算结果符合弹簧刚度的受力变形规律。同时与弹簧经典理论算法和传统有限元方法进行对比,验证了分析方法的正确性和合理性。 | 张健 齐朝晖 卓英鹏 国树东 | 2020 | 工程力学2020，37，2： | 6 |
| 12 | 平面2R含铰间隙机器臂末端位姿精度建模仿真分析显示文摘由于多种不稳定因素对机器臂的影响,末端执行器往往会偏离理论作业位置,导致工作精度降低,其中机器臂铰接处存在的间隙对其运动影响很大。为了研究铰间隙对机器臂末端位姿的影响,采用D-H坐标系和位姿坐标变换法建立了机器臂逆运动学模型,用MATLAB获得广义坐标解析解,并由该广义坐标出发建立含间隙机器臂正运动学模型;采Solid Works建立机器臂三维模型,分别对有、无铰间隙机器臂运动进行仿真及误差分析,得到机器臂作业时末端执行器的运动特性。结果表明,铰间隙对线性动态特性及角加速度有一定影响,特别是对线加速度和角加速度影响较大,使机器臂末端位姿存在偏差,降低了机器臂的运动稳定性与作业精度。 | 张发军 李林子 朱鑫 蒲胤霖 林辉 田红亮 | 2016 | 机械科学与技术2016，35，2： | 6 |
| 13 | 变拓扑卫星环形桁架天线展开动力学研究显示文摘卫星环形桁架天线展开动力学问题一直被众多学者所关注。但是,以前的相关研究主要局限于桁架天线本身的展开动力学问题,因此无法得到伸展臂与桁架天线展开、锁定过程中与卫星本体姿态的耦合动力学特性。鉴于多刚体系统动力学理论中的自然坐标方法能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用自然坐标方法利用约束切换技术建立了变拓扑星体-伸展臂-环形桁架天线的参数化多刚体系统动力学模型,进行了系统的展开动力学仿真研究,获得了伸展臂与桁架展开、锁死过程中对星体质心的反力变化规律。部分仿真结果采用商业软件MSC.ADAMS进行了验证。仿真流程及结果可为实际工程应用提供参考。 | 田强 刘铖 刘丽坤 李新刚 | 2013 | 系统仿真学报2013，25，6： | 6 |
| 14 | 基于分段连续ANCF缆索单元的输电线缆动力学建模与仿真显示文摘在绝对节点坐标缆索单元和Bézier/B样条几何体关系的基础上,构造了分段连续的ANCF缆索单元。单元形函数为分段连续函数,给出了其递推形式的定义式。单元在内节点处的连续性取决于单元节点坐标的选取以及形函数的定义方式。给出了单元弹性力及其对节点坐标雅可比矩阵的定义。进而采用该单元,建立了输电线缆架设过程中断线工况的动力学分析模型。可以实现用一个单元表示整条电缆线,从而在动力学仿真程序中避免了反复进行的单元到系统的集成及系统到单元的离散过程。用静力学分析计算得到输电线缆在重力、张紧力等外力共同作用下达到平衡时的节点坐标值,将其作为初值输入给动力学仿真程序,以模拟张紧力对输电线缆动力学行为的影响。建立了静、动力学仿真算例验证了单元的准确性,并给出了输电线缆的动力学仿真结果。 | 於祖庆 兰朋 李昆昆 陆念力 | 2018 | 机械工程学报2018，54，19： | 6 |
| 15 | 完备化ANCF薄板单元及在钢板弹簧动力学建模中的应用显示文摘绝对节点坐标方法已在多体系统动力学研究中广泛应用,但常用来描述板壳类结构的薄板单元,由于梯度不完备而无法直接用于带有初始弯曲参考构型的柔性体变形描述.为避免全参数板单元建立车辆钢板弹簧模型时存在的严重截面闭锁问题,拟采用薄板单元用于板簧建模.为此,探索了将现有绝对节点坐标薄板单元纳入一般连续介质力学弹性力表达的方法,采用中面上单位法向量作为单元厚度方向的梯度向量,从而得到了完备化的薄板单元及其描述初始弯曲构型时消除初应变的方法.在此基础上通过定义簧片的未变形构型,在钢板弹簧中引入可控的预应力,实现对钢板弹簧装配过程的准确模拟.通过数值算例验证了本方法的正确性.建立了车辆钢板弹簧模型,通过建立在簧片上的局部坐标系实现接触点的跨单元搜索,并采用惩罚函数法和平滑化的库伦摩擦模型施加簧片间的接触力.引入参考节点的概念建立了整合车身与吊耳及其机构运动关系的刚柔耦合模型. | 兰朋 崔雅琦 於祖庆 | 2018 | 力学学报2018，50，5： | 5 |
| 16 | 大型空间环形桁架天线反射器展开动力学模拟与实验研究显示文摘近年来,可展开环形桁架天线被广泛应用于航天领域,将其作为提升通信卫星水平的关键技术.环形桁架式天线反射器可以看作是由可展开环形桁架和柔性索网反射器组成的复杂刚-柔耦合多体系统.为了精确表征柔性构件发生的大转动、大变形运动特性,本文采用结合绝对节点坐标方法(ANCF)与自然坐标方法(NCF)的绝对坐标(ACB)方法对该系统进行建模.为了提高天线展开动力学模拟的计算效率,文中提出基于静力缩聚法和多层区域分解方法的并行求解算法实现大规模刚-柔多体系统动力学方程的高效求解.此外,为了精确反映反射器不同步展开现象,在展开动力学模型中考虑驱动力衰减的影响.最后,基于上述方法对环形桁架天线反射器展开的第二阶段进行动力学分析,并通过4 m缩比环形桁架天线地面实验验证数值模拟的结果. | 李培 马沁巍 宋燕平 刘铖 田强 马少鹏 胡海岩 | 2017 | 中国科学:物理学、力学、天文学2017，47，10： | 4 |
| 17 | 柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制研究显示文摘结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法不仅能精确表达刚柔耦合多体系统的动力学特性而且能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用该方法研究了星载柔性机械臂在抓取漂浮目标过程中机械臂-星体-太阳翼的刚柔耦合动力学与控制问题。提出了一种间隙圆柱运动副的四点碰撞检测模型,引入一种能考虑碰撞能量耗散的连续接触模型实现了抓取过程的接触、碰撞模拟。提出了一种联合控制策略确保了抓取过程中星体姿态的稳定。该研究为实际工程应用提供一种新的星载柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制分析的建模与数值仿真方法。 | 田强 刘铖 刘丽坤 李新刚 | 2013 | 系统仿真学报2013，25，7： | 4 |
| 18 | Contact dynamics of elasto-plastic thin beams simulated via absolute nodal coordinate formulation显示文摘Under the frame of multibody dynamics, the contact dynamics of elasto-plastic spatial thin beams is numerically studied by using the spatial thin beam elements of absolute nodal coordinate formulation(ANCF). The internal force of the elasto-plastic spatial thin beam element is derived under the assumption that the plastic strain of the beam element depends only on its longitudinal deformation.A new body-fixed local coordinate system is introduced into the spatial thin beam element of ANCF for efficient contact detection in the contact dynamics simulation. The linear isotropic hardening constitutive law is used to describe the elasto-plastic deformation of beam material, and the classical return mapping algorithm is adopted to evaluate the plastic strains. A multi-zone contact approach of thin beams previously proposed by the authors is also introduced to detect the multiple contact zones of beams accurately, and the penalty method is used to compute the normal contact force of thin beams in contact. Four numerical examples are given to demonstrate the applicability and effectiveness of the proposed elasto-plastic spatial thin beam element of ANCF for flexible multibody system dynamics. | Qing-Tao Wang Qiang Tian Hai-Yan Hu | 2016 | Acta Mechanica Sinica2016，32，3： | 4 |
| 19 | 基于旋转场曲率的二维剪切梁单元建模显示文摘对二维剪切梁单元进行研究,利用平面旋转场理论推导了精确曲率模型.采用几何精确梁理论构建了剪切梁单元弹性力矩阵.通过绝对节点坐标方法建立了系统的非线性动力学方程,提出基于旋转场曲率的二维剪切梁单元,并分别引入经典二维剪切梁单元和基于位移场曲率的二维剪切梁单元进行比较研究.首先,静力学分析证明了所提模型的正确性;其次,特征频率分析验证了模型可与理论解符合,收敛精度高,并且能准确地预测单元固有频率对应的振型;最后,在非线性动力学问题上,通过与ANSYS结果对比分析,证明了该模型可有效处理柔性大变形问题,并且与经典二维剪切梁单元相比具有缓解剪切闭锁的优势.因此,本文提出的基于旋转场曲率的二维剪切梁单元在处理几何非线性问题中具有较大的应用潜力. | 张大羽 罗建军 郑银环 袁建平 | 2017 | 物理学报2017，66，11： | 3 |
| 20 | 基于绝对坐标法的柴油机曲轴柔性多体系统的动力学仿真显示文摘该文基于柔性多体动力学理论,在自主研发的多体系统程序中,建立了某大型船用柴油机曲轴的柔性多体动力学仿真模型。其中采用基于绝对节点坐标的三维实体单元和基于有限段法的梁单元分别对曲柄和主轴颈进行建模,利用约束方程将发动机曲柄连杆机构的各部件进行组装,并考虑了轴承的弹性和非线性。对曲轴进行了约束模态分析和动力学仿真分析,计算了主轴承的载荷和轴颈的位移,得到了曲轴的动应力分布规律并进行了其强度校核。结果表明基于绝对节点坐标法的柔性多体系统的动力学建模和仿真计算的实现为柴油机的改进和设计提供了理论依据。 | 曹大志 赵治华 强洪夫 任革学 | 2013 | 工程力学2013，30，6： | 3 |
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