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原文传递基于物理子空间法的柔性多体系统动力学模型降阶研究

论文题名：	基于物理子空间法的柔性多体系统动力学模型降阶研究
关键词：	商用汽车;柔性车架;动力学模型;物理子空间法;二级降阶方法
摘要：	构件柔性特征逐渐成为多体系统精确仿真不可忽视的因素。考虑构件柔性特征的柔性多体动力学模型建立过程中，随着描述构件变形坐标的加入，系统规模急剧增大，导致系统动力学响应分析以及系统控制等问题计算效率降低，甚至无法实现。在保证模型精度的前提下，有效降低模型规模是柔性多体系统动力学的一个重要课题，对柔性多体系统动力学研究具有重要的意义。目前，常用的降阶方法有：模态综合法、Krylov子空间法等。在应用上述方法降阶时，广义弹性坐标转化为非物理坐标，限制了模型的进一步使用（如模型修正、损伤识别等领域）。Guyan、Dynamic condensation等自由度减缩方法能够有效降低柔性体有限元模型规模，且保留物理坐标，因此可以归类为物理子空间方法。目前，这一类方法主要用于结构动力学领域的模型减缩，少有用于柔性多体系统动力学模型降阶。因此，本文就物理子空间方法应用于柔性多体系统动力学模型降阶进行探讨。主要进行以下研究工作：　　(1)简要地介绍与分析柔性多体系统动力学建模以及模型降阶的发展历程和现状。　　(2)以平面运动为例，详细推导柔性多体系统动力学建模过程，并采用物理子空间方法进行降阶。　　(3)详细讨论Guyan、Dynamic condensation、IRS（Improved Reduced System）、IIRS（Iterated IRS）、IOR（Iterative Order Reduction）等物理子空间降阶方法的实用性。鉴于后续对比分析，简要介绍了模态综合法基本理论。　　(4)针对主自由度选择不确定性和降阶模型自由度冗余的问题，基于传统手动选取主节点降阶结果，结合SEM（Sequential Elimination Method）主自由度方法提出模型规模最优化的二级降阶方法，实现降阶模型最小化。降阶前、后柔性体固有特征的比较是评价降阶精度的可靠途径，阐述了降阶柔性体精度的评价指标以及误差估计方法，以验证降阶后模型的精度。　　(5)通过两个简单算例，验证物理子空间方法应用于柔性多体系统动力学模型降阶的可行性，并将该方法应用于商用车柔性车架模型降阶。简要阐述了柔性多体系统动力学响应分析方法，通过MATLAB软件编写程序实现柔性多体系统建模、降阶以及动力学响应分析。以柔性单摆为例，探讨了不同边界条件对系统响应的影响；分别采用简支、悬臂边界条件作为约束条件，讨论约束与降阶的先后顺序对柔性体固有特性、降阶系统响应的影响。通过柔性曲柄连杆算例，将以IRS法为代表的物理子空间方法与模态截断方法、修正的C-B方法比较。最后将物理子空间方法应用于商用车柔性车架模型，利用二级降阶法实现模型规模最小化，通过MAC值和固有频率相对误差验证降阶结果准确性。　　通过算例和实例应用，证明：采用物理子空间方法对柔性多体系统进行降阶，能够在保证精度的前提下，有效降低模型规模，且降阶后柔性体变形坐标仍为物理坐标，为柔性多体系统动力学模型降阶提供新方法和思路。先约束后降阶的顺序能够保证降阶前、后柔性体的固有特性、系统响应一致。二级降阶方法能够在保证精度的前提下，实现降阶模型最小化。
作者：	钟义旭
专业：	机械工程
导师：	张农
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文