多体系统传递矩阵法动力学软件研究

论文摘要

多体系统传递矩阵法是近二十多年提出并不断完善的一种多体系统动力学全新方法,进行多体系统动力学研究时具有无需系统总体动力学方程、计算速度快、可自动推导等特点,已被广泛应用于科学研究和各种复杂机械系统的动力学性能设计与试验设计。本文作为国防973项目研究成果的重要组成部分,设计并开发了一个面向服务组件的多体系统传递矩阵法可视化动力学软件,使工程技术人员和力学工作者免于推导复杂繁琐的动力学方程,为复杂多体系统动力学的建模、计算、设计提供技术支撑和可视化的数字平台。论文主要作出了如下创新工作:(1)为了提高线性多体系统数值计算稳定性,推导了树形多体系统Riccati传递矩阵递推关系,在此基础上推导了含有闭环的任意拓扑结构多体系统Riccati传递矩阵递推关系,由此建立了任意拓扑结构线性多体系统都适用的线性多体系统Riccati传递矩阵法,克服了线性多体系统传递矩阵相乘导致的矩阵元素相差过大形成的空间传递困难,改善了多体系统传递矩阵法数值计算的稳定性;(2)提出了基于MPI(Message Passing Interface)分布式并行计算理论的特征值递归搜索并行算法,从而大幅提升多体系统传递矩阵法特征值计算速度,提高计算效率,缩短了典型武器系统动力学优化时间;(3)建立了面向服务组件的多体系统传递矩阵法动力学软件构架,结合多项开源软件技术实现了三维几何模型、网格模型的建立以及和其它CAD系统数据交换等功能,同时实现了动力学模型的建立、计算所需参数自动生成、建模与仿真过程可视化等功能;(4)研究了多体系统传递矩阵法求解器将动力学模型转化为多体系统传递矩阵法数学模型过程中涉及的关键技术,实现了含有闭环的任意拓扑结构多体系统中闭环切断铰的自动选取、派生树系统的自动生成及自动规则编号、系统动力学拓扑图的自动生成等技术;(5)将本文建立的多体系统传递矩阵法动力学软件应用于多管火箭和坦克等武器系统动力学建模与仿真研究,获得了多管火箭和坦克的动力学计算结果,结果表明本文建立的多体系统传递矩阵法动力学软件为武器系统动力学建模和仿真提供了有力的平台,为武器系统动力学性能优化设计奠定了基础。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 顾俊杰

导师: 芮筱亭

关键词: 多体系统传递矩阵法,动力学软件,数值稳定性,并行计算,武器系统

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 南京理工大学

基金: 国防973重大项目

分类号: O313.7

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000057

总页数: 176

文件大小: 19594K

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标签：多体系统传递矩阵法论文;  动力学软件论文;  数值稳定性论文;  并行计算论文;  武器系统论文;