[00916826]机械多体系统高效率建模方法与分析系统的研发

该项目以国家自然基金、民用航天预研为支撑，研究了大规模、多系统的复杂机械设备、航空航天设备的高效率建模问题。科学技术领域：该项目涉及多体系统动力学分析、数值高效计算、复杂多体建模、高效率仿真、计算机控制算法等多方面知识，属于机械工程和控制工程等多学科领域交叉的前沿研究。该项目解决了多体系统高效率建模的科学理论支撑与高效率分析软件的开发两个核心问题，为机械工程和控制工程等领域发展奠定了基础。主要创新点：(1)发展和完善了空间算子代数的机械多体系统理论科学体系。(2)提出了基于算子代数的多体系统混合动力学和面向多体系统动力学微分方程(ODE)、微分代数方程(DAE)的新型多步积分方法，利用铰接体惯量实现了高效率的递推计算。(3)提出了一种多体系统的动力学参数辨识方法。(4)提出了一种基于正交补的消元方法，突破了“一元20次方程”的公认结果，将之推进为“一元14次方程”。(5)成功开发了高效率(O(N)阶算法)的多体系统运动学、动力学分析软件NUAAMBS。技术指标：(1)基于算子代数的多体系统计算量随着体数自由度增加呈线性增加，计算量为0(N)阶，对比R/W方法，对8个自由度的多体系统提高了计算效率8-10倍，对100个自由度的多体系统提高了计算效率1000倍以上。(2)结合新型多步积分方法，同等条件下较龙格-库塔方法进一步提高了解算速度一倍以上。(3)多体系统动力学综合实验平台，载荷：10公斤；位置工作空间：长、宽、高各0.5米；姿态工作空间为：三轴转向各30度；重复精度±0.5毫米，可进行多体系统动力学分析的基础实验。促进科技进步作用意义及应用推广情况：开发的高效率(O(N)阶算法)的多体系统运动学、动力学分析软件NUAAMBS，可广泛应用于各种多体系统的分析，应用范围广阔。(1)项目成果在航空航天领域应用(与上海某研究所合作，解决了大卫星刚柔耦合多体系统的太阳帆板与天线展开过程的高效率混合动力学计算问题，对太空站进行了前瞻性的探索研究)。(2)项目成果在民品方面的应用(将大规格机床卡盘、数控机床等效为刚/柔耦合的多体系统优化结构，仅材料费每年可节省资金8%以上)。(3)提出的卫星和在轨服务空间机器人以及太空站多体系统参数辨识的新方法，可实现航天信息的快速采集和充分利用，提高数据利用效率；也可应用于工业生产中产品的在线监测和过程管理。(4)综合实验平台经扩充、完善，可望实现航天器飞行仿真与虚拟样机、航天器的对接，分离与展开机构的半物理、全物理仿真，最终要达到实时动力学分析与仿真。(5)该项目成果可推广至微机电系统、生物领域等，对生物体和高分子等多种类型的多体系统动力学进行仿真。