融合多體系統動力學理論優化機械工程的探究

鄧祖才

摘 要：多體系統動力學理論在機械工程中有非常廣泛的應用。在機械工程中應用多體系統動力學理論，一種常見的方法就是構建有關模型，其具有簡化計算難度的功效。而本文則對多體系統動力學理論實際應用、動力學分析以及機械臂分析做出了相應的介紹。

關鍵詞：多體系統動力學理論；機械工程；模型

隨著現代社會的不斷發展，機械工程在現代社會的應用越來越多。而在進行機械工程相關事宜研究時，多體系統動力學理論起到了很大的作用。又因為機械工程在計算方面是相當復雜的，因此相關人員應該對多體系統動力學理論有足夠的重視。

一、構建有關多體系統動力的模型

隨著機械工程在現代社會的重要性不斷地提升，多體系統動力在很多地方都有了應用。然而直接應用多體系統動力系統理論進行有關機械工程相關的分析是相當復雜的，因此相關人員必須使用一定的方法來簡化計算上的難度。構建有關多體系統動力的模型就是簡化計算難度的一個好方法。在機械系統中，其具有非常多復雜的部分。有時候，機械系統需要完成某一方面的功能，這就需要大量的部件之間協同工作。為了讓大量部件能夠更好地進行協同工作，相關人員必須要設置好有關部件的參數，例如：位置、速度等。在構建有關多體系統動力的模型時，相關人員需要注重以下幾個方面：第一，選擇合適的坐標系，建立模型后定義完整的約束。在選擇合適的坐標系之時，相關人員一定要對坐標系的參照物做出挑選，使之滿足具有變化小的特點。第二，選擇合適的工具來簡化模型的操作難度。由于機械工程相關的多體系統動力是非常復雜的，因此在實際的應用中，相關人員有可能會建立很多形式復雜的方程，例如：大量的微分方程。這時利用模型系統進行求解不僅是復雜的，其還有可能會耽誤很多時間。為了解決這個問題，相關人員可以運用相關的工具包。當然，其也可以利用互聯網技術來進行相關求解。第三，應用一些多體系統動力上的小技巧。在應用多體系統動力相關模型的時候，相關人員可以使用一些小技巧來簡化對模型的操作。這就比如說：對于距離恒定的兩個物體，相關人員可以選擇剛體上隨意的一點，使之形成三角坐標系，而這可以保持剛體結構上的穩定。當然，除了三角坐標系，相關人員也可以根據自己實際的需求而建設其他坐標系，例如：局部坐標系。第四，需要對多體系統動力中相關的理論有充分的認知。多體系統動力是一個非常龐大的動力系統，在這個動力系統中存在很多細小的知識。而很多情況下，細小的知識對多體系統動力模型的建立與使用都具有很重要的意義，因此相關人員必須精益求精，對其中細微的知識點加以應用。一些細微的知識點包括：當連體基具有了確定的位置后，剛體上所有點的位置都已經確定、選擇地面作為坐標參考系是一種常見的方法、為了較好地解決有關柔體運動的特性，相關人員可以在建立廣義坐標系的基礎上使用方向余弦矩陣有關的理論。第五，針對不同的情況使用不同的方法。參考卡爾丹角或者歐拉角是一種常見地解決物體轉動坐標中問題的方法。但是這種規范度較高的方法卻不適用于所有情況，這就比如說：用其計算奇點附近相關的數據難度是很大的。而在這種情況下，相關人員可以另辟蹊徑，采取余弦矩陣轉動廣義坐標的方法實現相關計算。

二、多體系統動力學的實際應用

（一）實際應用方面

在實際的機械工程中，多體系統動力學具有非常廣泛的應用。這就比如說：汽車、航天、機器人、機械數控等。隨著社會的發展，汽車、航天、機器人、機械數控在現實社會中的重要性越來越大，其是現代社會能夠較好運行的基礎。而多體系統動力學對這些現實社會中實際應用而言也具有很強大的促進作用。例如：在汽車設計的過程中，設計者可以將汽車車身當做柔性體，使用集中質量法對其進行離散化的處理。在此過程中，其可以應用多體系統動力學上的知識對轉動慣量的影響加以考慮。而在完成一些細節后，其可以使用上文中提到的機械工程多體系統動力學模型建立的方法來建立完善模型、添加完善的約束條件。而使用這種方法所具有的好處是：相關人員可以對汽車設計有更直觀的認知，可以更好地發現設計中存在的問題并及時對問題做出改善處理。

（二）動力學分析

動力學分析是多體系統動力學中非常重要的一個方面。在很多情況下，進行動力學分析的直接對象都為工業型機器人。當然，與此同時工業型機器人也是較為經典的模型。在對動力學模型進行分析的過程中，相關人員往往會通過鉸來實現動力模型中不同部分的聯系。獲取正確的參數也是進行動力學分析中非常重要的一個部分。在實際的應用中，相關人員具有多種獲取參數的方法，例如：利用高速攝像儀進行信息的捕獲。在應用多體系統動力學進行一系列的轉換運算與處理之后，技術人員就能夠獲得關于工業機器人的詳細信息，包括：當量阻尼系數、剛度等。采取這種方式具有的好處為：簡化分析者的分析信息，使之能夠對其的質量做出較好的把控。

（三）對機械臂進行分析

機械臂是機械工程中經常會應用到的一個設備，其在很多不同的工業都有應用，例如：重載航空機械臂、工業制造機械臂。由于機械臂具有特殊的應用功能沒想過人員需要對其精確度加以把控，其要保證機械臂具有較好的穩定性。為了提高機械臂的穩定性，相關人員可以采取的研究方法有：模態法、有限段法。在應用這些方法的基礎上，相關人員需要采取一定的調查實踐，由此設計出最適宜的機械臂參數。

三、總結

在機械工程中應用多體系統動力學理論具有簡化機械工程相關計算和操作的作用。一種利用多體系統動力學理論解決多體系統動力學理論中存在問題的方法為：利用多體系統動力學理論建造與之相關的模型。多體系統動力學理論應用在很多實際生活中，包括：汽車、航天、機器人、機械數控等。而在應用多體系統動力學理論之時，相關人員不能夠忽視動力學分析和對機械臂的分析。

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