多刚体系统动力学的发展及其在汽车中的应用方传流张洪欣林逸郑钦霖汽牢工程学院福州木材公司摘要本文简述了多刚体系统动力学的发展历史及现状,介绍了国际上通行的几种研究方法和适用于汽车工程领域的几个大型软件,列举了多刚体系统动力学在汽车运动学分析、动力学分析、撞车安全性研究等方面的应用实例及本文作者在这方面的部分工作。认为应用多刚体系流动力学研究汽车系统动力学问题有很多优点,具有广阔的前景。关锐词多刚体系统动力学,气车动力学,运动学,安全性多刚体系统动力学的历史及现状以欧拉,一为代表的经典刚体动力学发展至今己有二百多年了。两、世纪以来,经典刚体动力学在天体运动研究、陀螺理论及简单机构的定点运动研究等方面,取得了众多的成果。但由于现代工程技术中大多数实际间题的对象是多个物体组成的复杂系统,要对它们进行运动学分析和动力学分析,仅靠古典的理论和方法己很难解决,迫切地需要发展新的理论来完成这个任务。社会生产的实际需要是科学发展的动力。二十世纪中期,航天、机器人、生物工程等新技术的迅速发展对刚体动力学提出了新的要,长而电子计算机技术的发展为新的力学方法的产冬刚体系统动力学的应用领城生。,、提供了必要条件于是将古典的刚体力学分。、物力、析力烤与现代的电子计算机技术相结合的力学新分魂玺振支多刚体系统动力学便诞生了。由于它是在古—,典力学的基础上结合新技术而发展起来的因此有空间陆地,机‘人将其称为老树新枝〔工〕。一一器铁公人,近二十年来多刚体系统动力学已发展得比较道路子,。车车完善立用也日益广泛图给出了其应用领域的蔽斡太文,弓年月弓日收到图应用领域多刚体系统动力学的发展及其在汽车中的应用··概貌。多刚体系统动力学最早应用于航天飞行器动力学研究,之后发展到陆地运载工具动力学,其中主要是用在铁路车辆和汽车动力学研究方面。生物力学和机构学方面的多体力学问题开始是分线研究,后来各自的某些方面合并到机器人动力学的领域中。目前,在上述各领域中都已报导了大量多刚体系统动力学的研究成果。随着其自身的发展和完善,多刚体系统动力学日益受到力学和工程界的重视。年由国际理论与应用力学联合会主持召开了第一次国际多体系统动力学讨论会。年由和国际机器与机构理论联合会联合主持举行了第二次国际多体系统动力学讨论会。会上几个方法体系的代表作了有关多体系统动力学最新研究成果的报告并表演了各自的程序。会议上有的专家认为,多体系统动力学是继有限元、模态之后,又一项在工程技术界得到了广泛应用、并具有广阔前景的新技术。我国的多刚体系统动力学研究起步较晚,但发展很快。工年上海交大邀请了美国的教授、年南京航空学院邀清了美国的。教授、年重庆大学邀请了美国的玉。教授、年北京航空学院邀请了联邦德国的盯教授来华讲学。先后几次讲学促进了我国多体系统动力学的发展。年月在北京召开了中国力学学会一般力学委员会“多刚体系统动力学”学组成立大会及学术研讨会。会上十几名代表报告了国内多刚体系统动力学理论方面的研究成果及其在机器人、运动生物力学、卫星动力学、武器发射架模型研制等方面的应用情况。我校汽车系年由方传流教授领导成立了“汽车多刚体系统动力学”课题组,开始将多刚体系统动力学应用于汽车工程技术中,相继发表了几篇文章〔一。,。其中文献〕、〔〕给出了转换矩阵理论、动力学方程的建立方法及其在汽车动力学中的应用文献〕、〔〕将多刚体系统动力学的一方法应用于汽车几种独立悬架的空间运动分析中。这里说明一点随着多刚体系统动力学的发展,其研究对象已不限于刚体,而且也可包括变形物体在内。因此有人亦称这门学科为多体系统动力学。本文在引用时对上述两种叫法未加区分。多刚体系统动力学的研究方法目前,多刚体系统动力学已形成了几种方法体系。这些方法虽各不相同,但有一个共同的特点所推导出的动力学方程都适用子电子计算机计算。这是因为多刚体系统—,,动力学的研究对象一般为比较复杂的多体系统其结构和联接方式也是多种多样的这给建立动力学方程带来很大困难并且,系统的动力学方程多为高阶非线性方程。所以动力学方程的建立和求解都必须由计算机去完成。下面按照动力学方程建立方法的不同,介绍多刚体系统动力学中几种有代表性的研究方法。么圈论方法〔卜。这种方法将数学的图论〔,’知识引入到力学中,首先建立系统结构图的拓补关系,通过关联矩阵和通路矩阵来描述系统的结构及联接关系。用矢量、张量、矩阵等数学工具建立适于计算机编排的通用性动力学方程。其中使用了增广体的概念使运动学、动力学表达式更为简明。这种方法的代表人物是美国的。二教授和西德的吉林工业大学学报。。教授,因此也常用两人姓名的字头将这种方法