摘要：目前机械工程领域的不断发展，也有效促进了相关新兴学科和高新技术的研发和应用，其中多体动力学的研究在对动力学以及复杂机械系统运动学等问题解决方面发挥了重要的作用，同时也有效推动了多体动力学的发展。通过多体动力学在机械工程领域的应用，对高精度制造和位置跟随等方面提供了有力技术支持，使机械工程的可持续发展得到有效促进。本文就机械工程领域中多体动力学的实际应用进行研究。
关键词：多体动力学；机械工程领域；应用
引言：
作为机械工程系统中的重要内容，多体系统具有概括性、有效性、完整性以及全面性等特点，能够将多个物体通过特定的连接方式进行有效联系。而作为自然科学的多体动力学，在航空航天、机械制造等领域得到广泛应用，其主要涵盖了工程力学、计算力学等多种学科，在机械工程领域充分发挥其应用价值，同时因其应用优势而备受关注，未来也有着更为广阔的应用发展空间。
一、多体动力学简述
不同机械部件通过多体系统进行连接形成机械系统，使机械运动功能得以实
现，同时各机械部件因各种操作出现位移、速率、用力等诸多参数变化[1]。多体动力学所涉及系统相较于经典力学而言更为复杂，其中各部件之间的自由度以及相对位移参数设定都有着极大的差异性，导致利用运动微分方程进行求解难度增加，因此需要利用计算机进行相应工程计算。由约束、力元以及部件等元素构成的多体系统，由于机械设备结构中所存在的力元、力偶、铰等较为多样，系统中各部件之间的相互作用为力元；系统内各部件所承受的外力作用为力偶；系统各部件的约束作用为铰，应利用要素属性对其进行有效分类和管理[2]。
在参照框架和坐标系方面，钢体是指在任意两点之间的距离在机械运动过程
中不发生变化的物体，并通过钢体上任意选择的某点进行三角坐标的构建，使固定钢体的目的得以实现。钢体的局部坐标在机械部件上进行固定，原点位置可设为0点，随着机械部件的运动，其也会发生运动。在多体系统中，通常钢性和柔性体坐标定义有所差异，钢体坐标不会随其状态变化而发生变化，多为固定坐标；柔性体的变化会对坐标系的线位移和角位移造成影响，其选用浮动坐标，并能够清晰呈现其他某些局部变化[3]。另外多体动力学方程计算速度会因广义坐标的建立而受到直接影响，应通过相应的转动关系坐标，确定方向余弦矩阵，对坐标系解析方法进行掌握。但在实际应用中，通常采用两种方法进行计算，除了转动广义坐标外，还有依据卡尔丹角或欧拉角进行计算的方式，前者会增加方程式变量求解难度，后者能够使变量求取减少，使算法的规范性得到有效保证，但会造成起点附近数值的计算难度增加。
二、机械工程领域多体动力学应用探究
（一）柔性机械臂
轻质量航天机械臂作为精度要求极高的航天设备，需要通过有效控制机械臂
的震动，从而实现大范围和高精度的位置跟踪运动功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因鞭状天线等因素会对卫星产生影响，因此保证运行状态的稳定性是其中的关键环节。在机械臂构建方式中，通过柔性多体系统的应用，端头的震动可以利用莫奈法或有限段法进行控制，或者在设备端头通过制动力的施加，使柔性臂端点震动的问题得以有效解决。另外需要对施加制动力的时机予以关注，柔性臂的频率和固有阻尼在一定程度上会对其造成影响，因此需要对系统动态特性进行综合分析，防止出现端点震动问题，使整幅作用最小化以及全闭环反馈最佳效果得以实现。
（二）机械手臂
目前多体动力学在工业机器人中的应用至关重要，由一个分支和六个自由度
构成的典型模型，采用固定体的方式对每个部件进行连接。机器人的迅速发展，极大地促进了现代工业的进步，并得到了广泛的应用[4]。利用高速摄像仪并借助频率域和时间域进行测量，将所获得的电枢电流值转化为驱动转矩，并通过所获得的具体数值进行参数设置。另外在实际应用过程中，设备驱动的转矩平均值需要依据多体动力学的逆预算获得，静态参数值需要在模拟处理的基础上，进行物理参数值的转换，从而进一步确定机器人当量阻尼系数和的刚度系数。
（三）机械数控机床
在机械数控机床的运行中，通常采用运行中工作精度作为衡量数控机床技术
的重要指标之一，同时通过误差避免和误差补偿的方式，使精度得以提高。误差避免方式主要利用设计和制造手段，使误差减小的目的得以实现，同时会提高设备造价；误码补偿方式则是针对工作精度，通过有效修正误差的方式，对当时工作精度进行补偿。多体动力学在机械数控床领域中的应用，具有显著的补偿能力，能够在误差有效减少方面充分发挥作用。
（四）车辆工程领域
在汽车领域中，多体动力学的应用主要体现在对整车的结构设计以及零部件
性能等的有效分析，同时通过多体动力学的应用，使汽车多体系统的高层次发展得到有效促进[5]。比如车身变形通过模态综合技术的应用，以及自由度少的模态坐标的选择进行描述；悬架子结构利用物理坐标进行表现，整个系统在约束条件下进行组织和联合求解；充分考虑物理转动惯量因素情况下，对车身进行柔性化或离散化处理；计算结构和有限元分析法通过集中质量法进行比较。
结束语：作为目前发展迅速的高新技术学科，多体动力学在机械工程领域得到长期广泛应用，并且呈现出多样化发展趋势，进一步应用在代计算机技术和智能识别等领域，以及航空航天、智能机械等行业，其应用价值也日益凸现，成为机械工程技术创新的重要手段，随着多体动力学应用研究的不断深入和完善，使机械工程领域的可持续发展得到有效保证。
参考文献：
[1]佘航宇. 多体动力学在机械工程领域的应用[J]. 时代农机, 2017, 44(2):42-42.
[2]郑旭浩. 多体动力学在机械工程领域的应用[J]. 价值工程, 2014(34):77-78.
[3]郭娟. 多体动力学在机械工程领域的应用[J]. 山东工业技术, 2016, No.209(03):95.
[4]李天吉. 多体动力学在机械工程领域的应用[J]. 中国科技投资, 2017(11).
[5]温国伟. 多体动力学在机械工程领域的应用分析[J]. 科技视界, 2017(13).
论文作者:郭艳
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：动力学论文; 机械工程论文; 领域论文; 机械论文; 坐标论文; 柔性论文; 误差论文; 《科学与技术》2020年1期论文;