耦合效应下的刚柔混合体大范围运动动力学建模与仿真

"这篇论文是2011年9月发表在北京航空航天大学学报上的，由戈庆明和郭军合作完成，主题聚焦于大范围运动刚柔混合体的动力学建模与仿真技术，主要应用于航空航天领域。研究中，他们采用有限元法对柔性结构进行离散化处理，获取了柔性结构的模态阵，然后基于模态展开方法和Kane方程构建了动力学模型，并利用Matlab进行程序编制和求解。为了验证模型和程序的准确性，他们对比了Matlab仿真的结果与商用软件的仿真结果，从而证明了所建立模型和仿真的有效性。该研究特别解决了带有柔性附件的中心刚体航天器的动力学仿真问题。" 这篇论文的核心知识点包括： 1. **柔性空间结构的耦合动力学**：在航空航天工程中，尤其是涉及到大型复杂系统时，如卫星、空间站等，柔性结构的动态行为分析至关重要，因为它直接影响到系统的稳定性和性能。 2. **有限元法**：这是一种数值计算方法，用于将连续的物理问题转化为离散的数学模型，以便于计算。在本文中，有限元法被用来处理柔性结构，将其转化为便于计算的模态矩阵。 3. **模态阵**：模态阵是通过有限元分析得到的，它包含了结构振动特性的信息，如频率、振型等，是理解和模拟结构动态行为的关键。 4. **模态展开方法**：这是将复杂的多自由度系统简化的一种方法，通过将系统表示为其模态的线性组合，可以有效地处理大范围运动的刚柔混合体动力学问题。 5. **Kane方程**：在多体动力学中，Kane方程是一种用于描述非保守系统动力学的方程，它能够处理各种耦合效应，适用于刚柔混合体的建模。 6. **Matlab仿真**：Matlab是一种强大的数学计算软件，文中利用其编写程序来求解动力学模型，进行仿真计算，验证了模型的正确性。 7. **动力学模型验证**：通过对比Matlab仿真结果与商用软件的仿真结果，确保了自编程序和动力学模型的准确性，这是科学研究中验证模型可靠性的重要步骤。 8. **刚柔混合体动力学**：研究的重点，涉及刚体（如航天器主体）与柔性结构（如展开的太阳能电池板或天线）的交互，这种动力学建模对于理解和预测航天器在太空中的行为至关重要。 这篇论文的研究成果对航空航天工程的仿真技术和系统设计提供了有价值的理论支持和技术手段，对于提高航天器的性能和安全性具有重要意义。