Матричные уравнения движения систем твердых тел в гамильтоновых переменных. Системы со структурой дерева

Бесплатный доступ

Работа посвящена разработке методов компьютерного моделирования динамики сложных механических систем. Представлена новая матричная форма уравнений движения систем абсолютно твердых тел со структурой дерева. Рассмотрен случай голономных связей. В качестве независимых параметров, однозначно определяющих положение и распределение скоростей тел системы в пространстве, выбраны обобщенные координаты и переменные, имеющие размерность импульсов. Особенность системы уравнений состоит в том, что она разрешена относительно производных обобщенных импульсов и не содержит реакций связей. Приведен вывод предлагаемой формы уравнений движения из принципа Гамильтона-Остроградского с использованием матрично-геометрического подхода. Получены рекуррентные формулы для определения всех кинематических и динамических переменных, входящих в уравнения. На примере механической системы с шестью степенями свободы продемонстрированы все этапы подготовки первичной информации и составления уравнений движения в предлагаемой форме.

Еще

Система абсолютно твердых тел, уравнения движения, динамика, математическое моделирование, обобщенные координаты, импульсы пуассона, матрично-геометрический метод

Короткий адрес: https://sciup.org/147245450

IDR: 147245450   |   УДК: 531.01+004.94   |   DOI: 10.17072/1993-0550-2019-3-38-46

Matrix equations of the motion of multibody systems in hamiltonian variables. Systems with a tree structure

The article is devoted to the development of methods for computer simulation of dynamics of mechanical systems. The article presents a new matrix form of equations of motion for rigid body systems with a tree structure and holonomic constrains. Generalized coordinates and impulses were exploited as independent parameters that uniquely identified the configuration and velocity distribution of bodies. The most important features of the equations are that they are resolved with respect to derivatives of generalized impulses and don’t contain constraint forces. In this paper we obtain the equations on the base of the Hamilton-Ostrogradsky principle and matrix-geometric approach. The method is intended for the study of motions of mechanical systems with the usage of computers. Recurrent formulae were obtained for all kinematic and dynamic variables that were included in the equations. An example demonstrates all stages of source data preparation and construction of specific equations in the proposed form for a mechanical system with six degrees of freedom.

Еще

Список литературы Матричные уравнения движения систем твердых тел в гамильтоновых переменных. Системы со структурой дерева

  • Wittenburg J. Dynamics of multibody systems. Berlin: Springer-Verlag, 2008. 223 p.
  • Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Гос. изд-во физ-мат. лит., 1961. 824 с.
  • Величенко В.В. Матрично-геометрические методы в механике с приложениями к задачам робототехники. М.: Наука, 1988. 280 с.
  • Иванов В.Н. Математическое моделирование динамики механических систем со структурой дерева / Перм. гос. ун-т. Пермь, 1983. 11 с. Деп. в ВИНИТИ: 28.10.83, № 5876.
  • Иванов В.Н., Суслонов В.М. Уравнения движения механических систем со структурой дерева // Проблемы механики управляемого движения. Нелинейные динамические системы. Пермь, 1984. С. 154-159.
  • Иванов В.Н., Полосков И.Е., Шимановский В.А. Математические модели систем связанных твердых тел в импульсах Пуассона // Фундаментальные исследования. 2016. № 10-3. С. 493-499.
  • Иванов В.Н., Шимановский В.А. Численные методы формирования и решения уравнений движения в импульсах Пуассона систем твердых тел со структурой дерева // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 10. С. 13-18.
  • Иванов В.Н. Алгоритмы решения уравнений движения в импульсах Пуассона систем твердых тел со структурой дерева // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2017. Вып. 4(39). С. 25-31.
Еще