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MATLAB을 이용한 유연 다물체 시스템의 해석 및 제어

Analysis and Control of the Flexible Multibody System Using MATLAB

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.32 no.5 = no.272, 2008년, pp.437 - 443  

정성필 (아주대학교 대학원 기계공학과) ,  박태원 (아주대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, analysis and control of the flexible multibody system using MATLAB is presented. The equations of motion of a flexible body are derived in terms of the modal coordinate. The rigid-flexible multibody dynamic solver is developed. Finite element information required to analyze motion of ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • MATLAB 을 이용하여 개발된 본 해석기는 C++, Fortran 등의 언어를 사용하여 만든 다른 해석기에 비해 프로그램의 확장 및 제어가 쉽다는 큰 장점을 지니고 있다. MATLAB 이 지원하는 자유로운 매트릭스(Matrix)의 확장과 연산, SQP(Sequential Quadratic Programming) 등의 최적화(Optimization) 함수를 포함한 기타의 다른 함수들은 본 연구에서 개발된 해석기의 발전 가능성을 배가시킨다. 또한, 앞선 예제에서 볼 수 있듯이 SIMULINK 를 이용하여 운동 방정식의 상태방정식으로의 변환 없이 시스템을 쉽게 제어할 수 있다.
  • 본 논문에서는 탄성 효과를 고려한 유연 다물체운동 방정식을 유도하였다. 유도한 방정식에 기초하여 MATLAB 을 이용하여 해석 프로그램을 개발하였다.

가설 설정

  • 보는 초기에 변형되지 않았다고 가정하였고, 보의 제원은 Table 1 과 같다. 보 중심에 정적 하중 F0 가 가해졌을 때 엄밀해는 식 (16)과 같이 주어진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유연 다물체 동역학 해석에 있어서 변형을 나타내기 위해 주로 사용되는 좌표는 어떻게 구분되는가? 유연 다물체 동역학 해석에 있어서 변형을 나타내기 위해 주로 사용되는 좌표는 크게 절점 좌표와 모드 좌표로 구분된다. 절점 좌표를 이용한 유연체 해석은 유한요소모델의 각 절점에 좌표계를 부착함으로써 시스템의 자유도가 노드 수의 6 배만큼 증가하기 때문에 수치해석 효율성이 매우 낮은 단점이 있다.
절점 좌표를 이용한 유연체 해석의 단점은? 유연 다물체 동역학 해석에 있어서 변형을 나타내기 위해 주로 사용되는 좌표는 크게 절점 좌표와 모드 좌표로 구분된다. 절점 좌표를 이용한 유연체 해석은 유한요소모델의 각 절점에 좌표계를 부착함으로써 시스템의 자유도가 노드 수의 6 배만큼 증가하기 때문에 수치해석 효율성이 매우 낮은 단점이 있다.(1) 반면 모드좌표는 시스템의 자유도가 사용한 모드의 개수만큼 증가한다.
모드 좌표의 장점은? 절점 좌표를 이용한 유연체 해석은 유한요소모델의 각 절점에 좌표계를 부착함으로써 시스템의 자유도가 노드 수의 6 배만큼 증가하기 때문에 수치해석 효율성이 매우 낮은 단점이 있다.(1) 반면 모드좌표는 시스템의 자유도가 사용한 모드의 개수만큼 증가한다. 따라서, 변형을 적절히 나타낼 수 있는 모드를 잘 선택하여 사용한다면 보다 효율적인 시뮬레이션을 수행할 수 있다.(2)
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참고문헌 (17)

  1. Shabana, A. A., 1998, Dynamics of Multibody systems, 2nd edition, Cambridge university press 

  2. Craig, R. R., 1981, Structural Dynamics, An Introduction to Computer Methods, John Wiley & Sons 

  3. ANSYS User’s Manual, 2006, TAESUNG S&E 

  4. Shin, S. H. and Yoo, W. S., 1993, "Effects of Mode Selection, Scaling, and Orthogonalization on the Dynamics Analysis of Flexible Multibody Systems,” J. STRUCT. MECH., 21(4), pp. 507-507 

  5. Franklin, G. F., Powel, J. D and Emami-Naeini. A, 2002, Feelback Control of Dynamic systems, 4th edition, Prentice-Hall, Inc 

  6. Kim, S. O., Jun, K. J., Sohn, J. H. and Yoo, W. S., 2002,''Development of a Control Module in Multibody Dynamics Program CADyna'', Trans. KSAE, Vol. 10, No. 4, pp. 106-113 

  7. ADAMS User’s Manual, 2002, MSC software 

  8. DADS User’s Manual, CADSI, Oakdale, IA, U.S.A 

  9. Yoo, W. S. and Haug, E. J., 1986, "Dynamics of Articulated structures. Part I. Theory,” J. STRUCT. MECH., 14(1), pp. 105-126 

  10. Yoo, W. S., and Haug, E. J., 1986, "Dynamics of Articulated structures. Part II. Computer Implementation and Applications," J. STRUCT. MECH., 14(2), pp. 177-189 

  11. Haug, E. J., 1989, Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical System, Vol. 1 : Basic Method, Prentice-Hall, Inc 

  12. Nikravesh, P. E., 1988, Computer Aided Analysis of Mechanical systems, Prentice-Hall, Inc 

  13. Go, S. S., You, J. Y., Lee, J. H., Kim, S. S. and Yoo, W. S., 1995, "Development of Intermediate Processor for Flexible Body Vehicle Dynamics Program AUTODYN7,” Fall Conf. Proc., KSAE,pp.384-389 

  14. Shabana, A. A., 1994, Computational Dynamics, John Wiley & Sons, Inc 

  15. CHURCH, A. H., 1963, Mechanical Vibrations, 2nd edition, John Wiley & Sons, Inc 

  16. RAO, S. S., 2002, Mechanical Vibrations, 4th edition, Pearson Education, Inc 

  17. Burden, R. L., Faires, J. D., 2001, Numerical Anlaysis, 7th edition, Brooks/Cole 

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