空间可展开桁架展开动力学分析及其仿真程序设计

摘要

论文对空间可展开桁架的展开动力学过程进行了系统的分析研究,设计了用于展开动力学仿真的计算机程序.论文首先简要介绍了国内外空间可展开折叠结构的发展、研究与开发应用情况.详细说明了论文所研究的一类空间可展开桁架的具体结构特点.论文对国内外多体系统动力学方面的研究现状及其在空间可展开折叠结构方面的应用情况进行了较详细的评述.论文根据所研究的一类可展开桁架的结构特点,分别用第二类拉格朗日方程和Kane方法,建立了空间可展开桁架的动力学模型.两种方法得到了相同的动力学模型,表明了所得到的模型的正确性.论文对所导出的动力学模型的求解方法进行了研究,提出了有效的数值算法.根据系统的动力学模型和有效的算法,用Visual C++6.0编制出了桁架展开的动力学仿真程序.并通过算例,研究了桁架的展开运动,并分析了一些设计参数的影响.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言——空间可展开折叠结构在航天飞行器中的应用状况

1.2国内外多体系统理论研究现状、应用与文献综述

1.2.1国内外研究现状

1.2.2多刚体系统动力学在空间折叠结构方面的应用

1.2.3多体系统理论的最新发展

1.3空间可展开桁架物理结构以及物理模型的简化

1.4本文的研究目的、意义和主要工作

第二章Lagrange方法和Kane方法简介

2.1引言

2.2第二类拉格朗日方程

2.2.1有多余坐标系统的Lagrange方程

2.3 Kane方法

2.3.1广义速率、偏速度及偏角速度

2.3.2 Kane动力学方程

2.3.3刚体动力学方程

2.4 Lagrange方程与Kane方程的主要特点

第三章系统动力学模型的建立和求解

3.1用第二类Lagrange方程建立系统的动力学模型

3.1.1在没有导轨约束的情况下的系统动力学模型

3.1.2在加上导轨约束的情况下的系统动力学模型

3.1.3考虑弹簧的作用

3.2用Kane方程推导系统的动力学模型

3.3 Kane方法和拉格朗日方法的比较

3.4系统动力学模型的求解

3.4.1经典龙格—库塔法

3.4.2 Cholesky分解法

3.4.3系统动力学方程组的求解

第四章仿真软件的编制及具体算例分析

4.1软件开发工具及操作系统介绍

4.2程序的界面设计

4.3程序编制

4.4几个尚需处理的问题

4.4.1图形的三维显示

4.4.2系统的精确定时

4.5数值算例

4.5.1算例1考察弹簧对桁架展开过程的影响

4.5.2算例2考察导轨对桁架展开过程的影响

4.5.3第二节桁架的展开速度和加速度

第五章总结与展望

5.1本文的主要工作和结论

5.2展望

参考文献

攻读学位期间参加科研项目与发表的学术论文目录

致谢