一．项目简介：
作大范围运动柔性梁的动力学问题是航空航天和机器人工程领域中的一类典型力学问题，其中大变形动力学既是学科前沿又是上述领域急需解决的关键技术难题，需要深入研究。本项目将重点研究在旋转和大变形情况下柔性梁的动力学建模和仿真技术，以期提出创新的动力学建模方法，并就大变形效应给动力学数值仿真带来影响做出探讨。
二．课题背景：
随着科学技术的发展，航空航天、机器人等领域大量采用轻质柔性材料，许多复杂机械构件和航空航天结构，航空领域（汽轮机叶片的设计）、航天领域（大柔性天线以及帆板）、机器人领域（轻质柔性材料制造的机械臂）、武器火炮领域（柔性复合材料传动装置）等等，都属于柔性附件搭载于刚性主体的刚-柔耦合结构。这些柔性结构具有跨度大、刚度低、结构阻尼弱等特点，尤其是当一些结构做大范围高速平动或者转动时，一般的动力学建模方法已经不能准确的反映出结构的动态特性。这种条件下如果仅仅利用简单的力学及材料知识解决该类问题，会导致严重偏离实际情况。上述领域对柔性结构动力学提出了非常具体的要求，解决这些实际的问题，对工业技术的发展将会产生很大的推动作用。
因此，需要对大范围运动柔性结构动力学建模方法进行更加深入的研究。由于上述柔性结构大多能抽象成运动柔性梁或柔性板模型，所以我们可以将它们的动力学研究抽象化、统一化处理，以便形成系统的研究成果。
三．文献综述：
作为航空航天领域和机器人工程领域的一类典型力学问题，大范围运动柔性梁的动力学研究一直是力学建模与仿真的重要课题之一。特别是在对航空航天发展及机器智能日趋重视的当下，该课题下的大变形动力学既是学科前沿又是上述领域急需解决的关键技术难题，需要深入研究。故本课题重点研究旋转和大变形情况下柔性梁的动力学建模和仿真技术，以期提出创新的动力学建模方法，并就大变形效应给动力学数值仿真带来影响做出探讨。
1.建模
在柔性多体系统动力学中，传统的零次近似耦合模型在建模过程中直接套用了结构动力学中的小变形假设，忽略了大位移刚体运动与小位移弹性变形之间的高阶耦合项。当系统的大范围运动为高速时，零次近似耦合模型的计算结果将出现发散。[1]
柔性梁的刚柔耦合性使其运动与传统刚体有很大差异性。在前者做大范围的平动或者转动时，会有一种耦合效应，它是指梁刚体运动和柔性变形之间的耦合，这种耦合效应会对柔性体动力学性质产生一定的影响，对柔性体的动力学方程的数值求解造成很多困难。[2]
