柔性变胞机构动力学设计理论与方法研究

Flexible metamorphic mechanism (FMM) has been introduced to engineering and technology domain with special and important applications. In this program, the problem of dynamics design in flexible metamorphic mechanism is proposed for the first time and an in-depth research will be done subsequently. A new nonlinear dynamic equation of FMM which can be used to achieve rapid conversion of any two configurations is established firstly. The evaluation system of dynamic global performance index of FMM is proposed and established. And furthermore, the establishment of dynamics optimization design model in FMM is achieved. The main contents can be listed as follows: research on dynamic behaviors of FMM in congfiguration change, the establishment of nonlinear dynamic equation of FMM, the establishment of evaluation system of dynamic global performance index in FMM, research on the theory and method of dynamics optimization design in FMM, manufacture and experiment study on dynamic performance aiming at two real flexible metamorphic mechanisms..Comprehensive and systemic theories and methods of dynamics design in FMM which can enrich and develop the mechanics and dynamics will be formulated in this program. And meanwhile, important theories and experimental basis will be provided for the design and engineering application of flexible metamorphic mechanism.

柔性变胞机构在工程技术领域有着特殊而又非常重要的应用。本项目首次提出柔性变胞机构动力学设计问题，并对其进行全面、系统、深入的研究。基于变胞关联矩阵法与Lagrange方程，首次提出并建立可实现任意构态间快速转换的柔性变胞机构全构态非线性动力学模型。首次提出并建立柔性变胞机构动力学全域性能评价指标体系，进而构建出柔性变胞机构动力学优化设计模型。主要内容包括：柔性变胞机构在构态切换时的动力学行为研究；柔性変胞机构非线性动力学模型的构建；柔性变胞机构动力学全域性能评价指标体系的建立；柔性变胞机构动力学优化设计理论与方法研究；柔性变胞机构原理实物样机（2台）的研制及其动态性能实验研究。.本研究项目将为柔性变胞机构动力学设计提供系统完善的理论与方法，丰富和发展机构学与机械动力学理论，同时，还将为柔性变胞机构的设计与工程应用提供重要的理论与实验依据。

柔性变胞机构在工程技术领域有着特殊而又非常重要的应用，本项目首次提出柔性变胞机构动力学设计问题，并对其进行全面、系统、深入的研究。.基于柔性变胞机构的变拓扑本质，研究了柔性变胞机构的拓扑组成原理，提出了运用含有拓扑组成元素的扩展型关联矩阵及其代数/逻辑运算对柔性变胞过程进行描述，建立了以关联矩阵、休斯敦低序体阵列和通路矩阵为基础的三位一体式变胞机构描述理论与方法体系，与Lagrange方程相结合，首次提出并建立了可实现任意构态间快速转换的柔性变胞机构全构态非线性动力学模型。.根据变胞机构工作阶段的划分，对柔性变胞机构的动态性能指标进行分类研究；针对第一类性能指标，根据传统机构学理论与方法给出了具体指标的求解模型；针对第二类性能指标，运用高斯定理对变胞机构的构态切换过程进行分析，确定构态切换前后的系统状态量；基于冲击运动的动力学普遍定理，推导出了适用于柔性变胞机构构态切换的修正卡尔诺定理，并以此为基础进一步研究能代表柔性变胞机构构态切换过程中系统动态性能的评价指标及其数学表达式，完成了柔性变胞机构动态性能评价指标体系的建立。.揭示并阐述了柔性变胞机构的性能机变原理，完善了变胞机构的概念，丰富了变胞机构的内涵；根据复杂工况环境下对机构性能的自适应要求，提出变权重系数和性能可优化度的概念，运用最小偏差法和评分法，建立了柔性变胞机构性能机变原理的数学模型，阐明了机构性能机变原理及其数学模型在柔性变胞机构优化设计中的运用。.本研究项目可为柔性变胞机构动力学设计提供系统完善的理论与方法，丰富和发展机构学与机械动力学理论，同时，还将为柔性变胞机构的设计与工程应用提供重要的理论与实验依据。