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上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院硕士课程内容介绍《多刚体系统动力学拉氏方法》

上海交通大学 免费考研网/2012-12-28


《多刚体系统动力学拉氏方法》

课程代码X100546学分/学时3.0/54开课时间
课程名称多刚体系统动力学拉氏方法
开课学院船舶海洋与建筑工程学院
任课教师刘锦阳
面向专业
预修课程
课程讨论时数12 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

多体系统是指有大范围相对运动的多个物体组成的系统,它是航天器,机器人,车辆,兵器与机构等复杂机械系统的力学模型。多刚体系统动力学拉氏方法是工程力学系研究生的一门学位课程。其主要任务是使学生学会用拉格朗日相对坐标对多体系统进行运动学描述,建立多体系统的动力学方程。在此基础上用数值计算方法对运动学方程和动力学方程求解,为解决工程中的复杂系统的动力学问题打下理论基础。

课程内容简介(英文)

Multibody system is a series of connected bodies with relative large overall motion, which is the mechanical model of the complicated mechanical system, such as spacecrafts, robot arms, cars and weapons. The course of Lagrange method for multibody system dynamics is a degree course for postgraduate students of the department of engineering mechanics. The objective of this course is to train the students to have the ability to describe the kinematics and establish dynamical equations of multibody system by using Lagrange relative coordinates, and to solve the kinematic and dynamic equations by using numerical methods. This is a basis for solving dynamic problems of complicated mechanical system.

教学大纲

绪论部分介绍计算多体系统动力学的任务,机械系统的多体系统力学模型的建立,计算多体系统动力学的进展。 第一章为数学基础,介绍矩阵,矢量和并矢的计算法则,方向余弦阵的定义和性质,以及欧拉四元素的计算公式第二章为刚体运动学基础,介绍欧拉定理,有限转动张量的定义和在空间机构运动分析中的应用,刚体的姿态坐标,姿态分析的逆问题和算法,角速度矢量和角加速度矢量,矢量在不同基上对时间的导数,以及角速度与姿态坐标导数的关系。第三章为刚体动力学基础,介绍动量,动量矩和动能的计算,刚体的质量几何,牛顿-欧拉动力学方程,动力学普遍方程,以及带拉格朗日乘子的动力学方程第四章为数值计算方法,介绍线性代数方程组的求解方法,非线性代数方程组的求解方法,以及常微分方程组的数值解法第五章介绍树系统和非树系统的拓扑构型的数学描述第六章为多刚体树系统拉格朗日运动学,介绍铰的相对运动学,邻接刚体相对运动学,系统各刚体的姿态,角速度和角加速度,转动铰系统和带滑移铰系统的各刚体质心的位置,速度和加速度第七章为多刚体树系统拉格朗日动力学,介绍力元,以及有根树系统,无根树系统和非树系统的动力学方程的建立第八章介绍动力学仿真数值方法与程序设计

课程进度计划

第一周:绪论,数学基础(1)第二周:数学基础(2)第三周:数学基础(3)第四周:刚体运动学基础,欧拉定理,有限转动张量的定义,刚体的姿态坐标,姿态分析的逆问题和算法。第五周:角速度矢量和角加速度矢量,矢量在不同基上对时间的导数,以及角速度与姿态坐标导数的关系。第六周:刚体动力学基础,介绍动量,动量矩和动能的计算。第七周:刚体的质量几何,牛顿-欧拉动力学方程,动力学普遍方程。第八周:数值计算方法。第九周:测验。第十周:树系统和非树系统的拓扑构型的数学描述。第十一周:多刚体树系统拉格朗日运动学,介绍铰的相对运动学,邻接刚体相对运动学,系统各刚体的姿态,角速度。第十二周:系统各刚体的角加速度,转动铰系统的各刚体质心的位置,速度和加速度。第十三周:带滑移铰系统的各刚体质心的位置,速度和加速度。第十四周:多刚体树系统拉格朗日动力学,介绍力元。第十五周:有根树系统的动力学方程的建立。第十六周:无根树系统和非树系统的动力学方程的建立。第十七周:介绍动力学仿真数值方法与程序设计。第十八周:总复习。

课程考核要求

课程成绩评定方式为:闭卷测试+平时作业。闭卷测试分几次进行,平时作业包括课后布置的习题和数值计算编程作业。

参 考 文 献
  • 1. 计算多体系统动力学, 洪嘉振著,高等教育出版社,19992. 多刚体系统动力学, 刘延柱等著,高等教育出版社,19893. 柔性多体系统动力学,陆佑方著,高等教育出版社,19964. Dynamics of multibody system, A.A. Shabana, Cambridge U.K.; New York: Cambridge University Press, 1998
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