身份证号码：13018519920603XXXX
摘要：机械工程的基础之一是普通力学。当今，机械工程的一个主要特点是多体系统动力学已成为一般力学中最活跃的领域。通过对多体动力学进行相关的分析，可以这在一定程度上促进国内多体系统动力学的应用和发展，为我国先进的机械工程制造业提供有力的支持。
关键词：多体系统动力学；机械工程；问题
引言
近年来，随着经济的快速发展，科技的力量也在不断增强。目前机械工程中的多体系统动力学作为一项新技术，在近年来的发展过程中，多体系统动力学在航空航天、车辆工程、机器人和数控等行业得到了广泛的应用，并且逐渐地在一些领域当中占据越来越重要的地位。多体系统动力学是一门复合技术，但是在机械工程当中，多体系统动力学仍然还存在着一些问题亟待解决。
1多体系统动力学
1.1概念
多体系统动力学包括多体系统动力学和多体系统动力学。虽然经典力学方法在原理上可以用来建立任何系统的微分方程，这就会导致方程的推导过程变得极其繁琐。所以，在实际的应用过程当中，为了能够适应现代计算技术的快速发展，需要根据多体系统的特点，发展和补充传统的经典力学方法，形成多体系统动力学的新分支。为了建立相应的数学模型，已有很多学者发展了各种方法。这些方法有一些共同特点，即是将经典力学原理与现代计算技术结合，将其归纳起来，可以概括为两类，即相对坐标法和绝对坐标法。
1.2发展历程
二十世纪六十年代，多体系统动力学作为分析力学和计算机的一个分支应运而生。其主要任务体现在：（1）建立复杂机械系统的运动学和动力学数学模型，并且继续开发出相应的软件系统，以实现其数学模型。用户只需输入描述系统的最基本数据，就可以在计算机的帮助下自动处理程序；（2）实现有效的数据后处理，通过动画、图表等方式提供数据处理结果。截至目前，已经形成了一套系统的多体动力学研究方法。在这当中，常用的有以拉格朗日方程为代表的分析力学方法、以牛顿-欧拉方程为代表的向量法、图论方法、凯恩方法和变分法等。
2多体系统动力学主要研究的领域
多体系统动力学在20世纪70年代受到越来越多的关注，它对车辆工程、工业机器人、航空航天、精密机械工程等复杂系统产生了重大影响。而且在当前技术发展的形势下它涉及到越来越多的不同领域，尤其是机械工程中。随着当前工业水平的迅速发展，大型多体系统的应用将会变得越来越多。
2.1车辆工程领域
在1980s末期，多体系统的理论和方法已经开始被逐渐地应用于汽车领域当中。这标志着汽车多体系统的发展正朝着一个新的水平发展，许多有益的工作值得我们借鉴。比如，将车体视为柔性体，离散过程中采用集中质量法，考虑转动惯量的影响，并将其最终计算的结果与有限元分析法所得结果进行分析与比较；采用子结构分析技术，以车体为主体结构，悬挂系统作为子结构处理。采用模态综合技术，用较少自由度的模态坐标来描述车体的变形。悬架结构采用物理坐标表示，整个系统通过约束进行装配和求解。
2.2航空航天领域
该方法对航天器预报能力的精度和计算效率都很高。它可用于天线和太阳电池板的展开当中，以及反射镜的展开及其重新定位、航天器和机械手的振动抑制控制以及航天器的姿态控制。
2.3机器人领域
机器人结构复杂，是一个多体系统。其传统结构是由刚性座椅、大小臂和三个腕关节组成的多刚体系统，可直接用系统动力学方程求解。然而，传统的刚性机器人建模方法存在一个难点问题，即其无法解决柔性机器人的动力学问题，因此柔性机器人系统的多体动力学建模与仿真成为一个非常热门的问题。
3多体系统动力学问题
3.1坐标系的选择问题
若机械工程复杂，如果想要解决多体系统建模的这一问题，首先需要进行考虑的是采用什么样的坐标系。建立适当的坐标系往往可以改变问题的复杂性。坐标系的建立过程可以通过两种方式，即有局部坐标法，以及绝对左坐标法。局部坐标法，即在物体上建立局部坐标，在目前的情况看来，这种方法仍然是机械工程中常用的研究方法。绝对坐标法，即用统一的坐标系来表示整个坐标系。与局部坐标法相比，该方法简单易行，但计算效率较差，不被普遍采用。
3.2对柔性系统进行离散问题
从其本身特征上来看，柔性系统可看作无限自由度的系统，而这是计算机无法计算的。因此，柔性系统必须离散运行。常用的方法有有限元法、模态分析法和有限段法。目前应用最广泛的方法是前两种方法的结合，即有限元法和模态分析法的结合。这会降低系统自由度，从而就能够在另一方面满足计算机计算的要求。刚性系统不存在这个问题，使用起来更方便。
3.3多体系统模型的选择问题
多体系统模型运用是否合适，其选择尤为重要，选择合适的模型可以简化由多个对象组成的复杂机械系统的动力学问题。模型选择的主要方法有矢量力学、隔震器分析、解析力学和拉格朗日方程。这些方法有助于正确选择模型，而且每种方法都有自己的优缺点。
3.4动力学方程数值算法问题
在多体系统动力学方程中，导致方程计算结果误差的因素很多。如果方程中的参数或初始条件稍有改变，就会得到不同的结果，在这个过程当中很可能就会造成很大的误差，这样得到的仿真结果将不准确，甚至也有极大的可能导致最终模拟的失败。计算误差的积累也会导致仿真结果的不准确。鉴于这些问题，目前还没有合适的方法来处理。目前，数值模拟仍采用传统的数值积分方法。
3.5初值的相容性
除上述问题外，还存在其他的问题，例如，初值的相容性问题，因为初值的选取将直接影响整个问题能否得到解决。如果你选择错误或不恰当，你将无法解开并获得正确的数据。如果是一个比较简单的问题，初值的选取将具有较高的精度。但对于具有多体系统动力学的复杂机械工程问题，初值选取需要先进的初始相容性检验。
结束语
多体动力学应用广泛，尤其是在于航空航天、数控技术、机器人、机械、车辆等一些领域当中。该方法的优势特点较为明显，其不仅可以用于虚拟设计的过程当中，而且可以预测产品的动态特性，达到优化设计的效果。随着先进制造技术的飞速发展，多体系统动力学不仅可以作为设计优化和制造生产的有力工具，而且已经成为机械工程技术快速发展的支撑。
参考文献：
[1]侯爱松.机械工程中的多体系统动力学问题[J].内燃机与配件，2017（07）：147-148.
[2]张建书.新版多体系统传递矩阵法相关问题研究[D].南京理工大学，2017.
[3]陈翰.多体系统动力学在布撒网展开问题中的应用[D].北京理工大学，2015.