2008年9月机械科学与技术September2008第27卷第9期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVo.l27No.9考虑热效应的柔性多体系统的动力学分析马易志,刘锦阳,洪嘉振(上海交通大学工程力学系,上海200030)马易志摘要:机械系统因热膨胀和热弯曲引起的热误差是工程研究的一个重要问题。为了研究热效应对柔性多体系统动力学特性的影响,本文首先从虚功原理出发,用假设模态法对平面梁进行离散,在温度变化和y方向的温度梯度已知的情况下,建立了单个柔性梁的动力学变分方程,然后根据各柔性体之间的运动学约束关系,引入拉格朗日乘子,建立了柔性多体系统的第一类拉格朗日动力学方程,并推导了约束力的计算公式。曲柄滑块机构的数值仿真表明:温度变化对系统动力学特性的影响不仅与温度变化率和系统惯量有关,还取决于几何位置。当运动机构趋近于奇异位置时,热效应最为显著。进一步研究表明,温度梯度引起横向变形和横向约束力平均值的变化。关键词:热效应;柔性多体系统;动力学;温度变化;温度梯度中图分类号:O313.7文献标识码:A文章编号:10038728(2008)09112505DynamicAnalysisofFlexibleMultibodySystemsConsideringThermalEffectMaYizh,iLiuJinyang,HongJiazhen(DepartmentofEngineeringMechanics,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030)Abstract:Thermalerrorofamechanismduetothermalexpansionandthermalbendingisanimportantprobleminengineering.Inordertoinvestigatethethermaleffectonthedynamicperformanceofaflexiblemultibodysystem,dynamicequationsofaflexiblebeamareestablishedbasedonvirtualworkprinciple,andthenassumedmodemethodisemployedfordiscretization.Basedontheassumptionthatthetemperaturechangeandthetemperaturegradientinydirectionareknown,thegeneralizedmassandforcematricesforasinglebeamarederived.Accordingtotheconstraintequationsbetweenflexiblebeams,theLagrangesdynamicequationsforthefirstkindareestablishedandtheconstraintforceexpressionsareobtained.Simulationofacrankslidersystemshowsthatthethermaleffectduetotemperaturevariationisrelatedtogeometricpositionaswellastemperatureincreasingratesandgeometricproperties.Significantthermaleffectisshownwhenthemechanismapproachessingularconfigurations.Furthermore,itisindicatedthattemperaturegradientinducestransversedeformationandleadstothechangeintheaveragevalueofthetransverseconstraintforce.Keywords:thermaleffec;tflexiblemultibodysystem;dynamics;temperaturevariation;temperaturegradient目前,工程中复杂机械系统的部分构件已采用求越来越高,必须同时考虑部件大范围运动和构件轻质柔性材料,系统的运行速度加快,运行精度的要本身的变形,这类系统称为柔性多体系统或刚柔耦合系统。近年来,对闭环柔性多体系统的动力学研究受到了越来越多的重视。Pan,Haug[1]用柔性多收稿日期:2007