動力學、振動與控制學科未來的發(fā)展趨勢

1、瀚海星云 - 文章閱讀 討論區(qū): System_Control-發(fā)信人: robust (樂百士), 信區(qū): System_Control標 題: 動力力學、振振動與控控制學科科未來的的發(fā)展趨趨勢發(fā)信站: 瀚海星星云 (20004年003月003日111:009:116 星星期三), 站站內(nèi)信件件動力學、振振動與控控制學科科未來的的發(fā)展趨趨勢胡海巖1 孟慶國國2 張張 偉33 孟 光4 趙躍宇宇5 李李俊峰661南京航空空航天大大學結(jié)構(gòu)構(gòu)工程與與力學系系, 南南京 221000162國家自然然科學基基金委員員會數(shù)理理科學部部，北京京 100008853北京工業(yè)業(yè)大學機機電學院院，北京京 100

2、002224上海交通通大學振振動、沖沖擊與噪噪聲國家家重點實實驗室, 上海海 200003305湖南大學學工程力力學系, 長沙沙 411008826清華大學學工程力力學系, 北京京 10000884摘要對近年年來動力力學、振振動與控控制的研研究進展展作了簡簡要回顧顧，概述述了非線線性動力力學與振振動主動控制制這兩個個研究熱熱點的現(xiàn)現(xiàn)狀。提提出了世世紀之初初應關注注的若干干研究前前沿，即即高維非非線性系統(tǒng)的的全局攝攝動法、全全局分岔岔和混沌沌動力學學，高維維強非線線性系統(tǒng)統(tǒng)分岔與與混沌動動力學的實驗研究究，非線線性時滯滯系統(tǒng)的的動力學學，流體體彈性性體剛剛體耦合合系統(tǒng)動動力學與與控制，碰撞與變結(jié)

3、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)動力學學，微機機電系統(tǒng)統(tǒng)動力學學。最后后，對我我國動力力學、振振動與控控制的發(fā)發(fā)展提出了一一些建議議。1 前 言言近年來來，傳統(tǒng)統(tǒng)的一般般力學學學科以動動力學、振振動與控控制為主主要內(nèi)涵涵，在研研究深度度和廣度上都取得得了重要要進展。在在國際范范圍內(nèi)，動動力學、振振動與控控制呈現(xiàn)現(xiàn)一派欣欣欣向榮榮景象。通過向數(shù)學學、物理理學等基基礎學科科借鑒，與計算機、測測控技術術相結(jié)合合，與航航天、航航空、機機械、車車輛、船船舶、土土木等工工程學科科融合，動力學、振振動與控控制在研研究方向向和研究究內(nèi)容上上發(fā)生了了重大變變化，新新的研究究領域不不斷涌現(xiàn)，研究和和實驗手手段更加加現(xiàn)代化化。例如如，通

4、過過學科交交叉產(chǎn)生生了柔體體、剛體體和液體體耦合系系統(tǒng)的動力學學、智能能結(jié)構(gòu)動動力學、微微機電系系統(tǒng)動力力學等新新的研究究方向；在一些些研究分分支基礎上提煉出出了帶有有共性的的研究方方向，如如Birrkhooff和和Hammiltton系系統(tǒng)動力力學，高高維非線性系統(tǒng)的的全局攝攝動、全全局分岔岔和混沌沌動力學學，非光光滑系統(tǒng)統(tǒng)的動力力學，時時滯系統(tǒng)統(tǒng)的非線線性動力學等等。當代代科學技技術發(fā)展展中提出出的大量量實際問問題，使使動力學學、振動動與控制制領域的的學者面臨許許多緊迫迫任務，需需要迎接接各種挑挑戰(zhàn)，不斷推推陳出新新。為了深深入探討討動力學學、振動動與控制制在世紀紀之初的的發(fā)展方方向和學學

5、科前沿沿，加強強海內(nèi)外外青年學者之之間的學學術交流流，由國國家自然然科學基基金委員員會數(shù)理理科學部部發(fā)起，國國家自然然科學基金委員會會數(shù)理科科學部和和中國力力學學會會主辦，海海軍工程程大學承承辦的“動動力學，振振動與控控制青年學者者學術研研討會”于于20002年33月255299日在海海南省海?？谑姓僬匍_，海海內(nèi)外220多位位從事動力學、振振動與控控制研究究的青年年學者出出席了會會議。與與會代表表對于動動力學、振振動與控控制的一些發(fā)展趨趨勢、研研究方向向和前沿沿問題進進行了熱熱烈的研研討，并并且提出出了不少少好的設設想和建建議。通過研研討，大大家認為為要使我我國在動動力學、振振動與控控制的研研

6、究水平平上進入入世界一一流，應該注意以以下問題題：(1) 當今今世界，科科學技術術發(fā)展迅迅速。動動力學、振振動與控控制早期期作為從從Newwtonn, Layraangee和Haamilltonn等人發(fā)發(fā)展起來來的一門門基礎學學科, 隨著科科學與工工程技術術的迅速速發(fā)展，時至今日， 動力學學、振動動與控制制主要已已經(jīng)發(fā)展展成為一一門從工工程中提提煉出的的技術科科學分支支。因此, 動力學學、振動動與控制制包含了了比較多多的基礎礎研究內(nèi)內(nèi)容，應應該有超超前發(fā)展展,并且且需在研究內(nèi)容和和研究方方向上不不斷推陳陳出新, 與時時俱進。青青年學者者、特別別是正在在成長為為學術帶帶頭人的青年年學者，要要認準

7、科科學技術術發(fā)展的的大方向向，明確確自己的的定位，瞄瞄準國際際上動力力學、振動與控控制的研研究前沿沿去選擇擇和開辟辟新的研研究領域域。(2) 對動動力學、振振動與控控制的研研究應該該有所側(cè)側(cè)重，一一是大多多數(shù)的動動力學、振振動與控控制問題應該該來源于于工程實實際問題題，應從從工程中中提煉出出動力學學問題及及其模型型，然后后運用并并發(fā)展各種方方法加以以研究和和解決。二二是要注注重對于于解決動動力學、振振動與控控制問題題的基本本方法的研究，從從一些迫迫切需要要、但又又束手無無策的問問題著手手，尋找找新的突突破點。上上述兩個個方面相輔相成成，體現(xiàn)現(xiàn)了動力力學、振振動與控控制研究究學科“頂頂天立地地”

8、的特特色。從從事前者者的研究隊伍比較較大，而而后者的的研究隊隊伍要少少而精。(3) 要從從整個力力學學科科的基礎礎這一高高度來充充分認識識分析動動力學和和非線性性動力學學的重要地位，從從不同的的分支學學科和不不同的角角度研究究分析動動力學和和非線性性動力學學問題。分分析動力學和非線線性動力力學的突突破和進進展，往往往可以以帶動其其它分支支學科的的發(fā)展，并并且為工工程問題的解決提提供基本本方法和和理論。(4) 要更更加深入入地認識識到動力力學、振振動與控控制學科科中各個個分支學學科在理理論和方方法上是相互依賴賴、相互互滲透和和相互貫貫通的，要要用系統(tǒng)統(tǒng)和大系系統(tǒng)的觀觀點來考考察和研研究動力力學、

9、振動與控制制問題。動動力學、振振動與控控制的研研究范疇疇應該擴擴展到下下述過程程：綜合合多學科科的知識、方法法和實驗驗技術來來建立系系統(tǒng)(受受控系統(tǒng)統(tǒng))的動動力學方方程應應用并發(fā)發(fā)展新的的動力學學理論，通過解解析、數(shù)數(shù)值和實實驗相互互支持的的方法進進行分析析對系系統(tǒng)進行行被動、主主動或半半主動控制設計在計算算機支持持的虛擬擬現(xiàn)實等等環(huán)境下下形成系系統(tǒng)設計計方案論論證和具具體設計計。(5) 從事事動力學學、振動動與控制制研究的的學者要要盡量研研究其它它工程學學科尚不不能夠解解決的復雜和關鍵鍵問題，為為工程問問題的解解決提供供研究方方法和解解決方案案。既要要借鑒數(shù)數(shù)學和物物理學等基礎學科科的研究究

10、成果，又又要在研研究內(nèi)容容和方法法上與這這些學科科有顯著著區(qū)別。因因此，動動力學、振動與與控制學學科所研研究的問問題要有有工程背背景和應應用前景景，這樣樣才能有有學科自自身的生生存和發(fā)展空空間。(6) 要擴擴大學科科涵蓋面面，擴大大研究隊隊伍，加加強國際際合作和和交流。動動力學、振振動與控控制要從傳統(tǒng)統(tǒng)的研究究領域向向新的研研究領域域擴展，從從離散系系統(tǒng)擴大大到連續(xù)續(xù)系統(tǒng)、流流固耦合合系統(tǒng)等。學科科交叉與與綜合是是產(chǎn)生新新方向和和新學科科的土壤壤，動力力學、振振動與控控制要不不斷的容容納新的研究究內(nèi)容。海海內(nèi)外從從事動力力學、振振動與控控制研究究的華人人青年學學者要相相互合作作和支持，組成高高

11、水平的的研究團團隊。與會代代表認為為，在未未來的十十年中，動動力學、振振動與控控制的下下述研究究前沿值值得引起起更多的青年學學者重視視：(11) 高高維非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局攝動法法、全局局分岔和和混沌動動力學；(2) 高維強非線線性系統(tǒng)統(tǒng)分岔與與混沌動動力學的的實驗研研究；(3) 時滯非非線性系系統(tǒng)的動動力學理理論及其應用；(4) 流體-彈性體體-剛體體耦合系系統(tǒng)動力力學與控控制；(5) 碰撞與與變結(jié)構(gòu)構(gòu)系統(tǒng)動動力學；(6) 微機電電系統(tǒng)動動力學。2 研究現(xiàn)現(xiàn)狀近十年年來，國國際范圍圍內(nèi)對動動力學、振振動與控控制的研研究非常?；钴S。從從比較經(jīng)經(jīng)典的分分析動力學到與與當代信信息技術術緊密結(jié)結(jié)合

12、的計計算動力力學、動動力學控控制，從從以探索索未知世世界為主主的非線性動動力學到到以工程程應用為為主的振振動測試試與控制制技術，都都獲得了了許多重重要成果果。在眾多的研究究領域中中，非線線性動力力學和振振動主動動控制是是近年來來公認的的兩個研研究熱點點。2.1 非非線性動動力學真實動動力系統(tǒng)統(tǒng)幾乎總總是含有有各種各各樣的非非線性因因素，諸諸如機械械系統(tǒng)中中的間隙隙、干摩摩擦，結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)中的的材料彈彈塑性和和黏彈性性、構(gòu)件件大變形形，控制制系統(tǒng)中中的元器器件飽和和特性、控制策略非非線性等等等。通通常在某某些情況況下，線線性系統(tǒng)統(tǒng)模型可可提供對對真實系系統(tǒng)動力力學行為為的很好逼近近。然而而，這種種

13、線性逼逼近在許許多情況況下并非非總是可可靠的，被被忽略的的非線性性因素有時會在分分析和計計算中引引起無法法接受的的誤差，使使理論結(jié)結(jié)果與實實際情況況有著失失之毫厘厘，差之千里之別別。特別別對于系系統(tǒng)的長長時間歷歷程動力力學問題題，即使使略去很很微弱的的非線性性因素，也常常會在在分析和和計算中中出現(xiàn)本本質(zhì)性的的錯誤。非線性性動力學學理論的的研究和和發(fā)展已已經(jīng)經(jīng)歷歷了一個個多世紀紀，在新新世紀之之初，為為了使非非線性動力學學理論得得到更好好的發(fā)展展，非常常有必要要回顧一一下非線線性動力力學研究究和發(fā)展展的歷史史。非線性動動力學理理論的發(fā)發(fā)展大致致經(jīng)歷了了三個階階段。第第一個階階段是從從18881年

14、到到19220年前前后，第二階段段從200世紀220年代代到700年代，第第三階段段從200世紀770年代代至今。人人們對于于非線性性系統(tǒng)的動力力學問題題的研究究可以追追溯到116733年Huuygeens對對單擺大大幅擺動動非等時時性的觀觀察.第第一階段的主主要進展展是動力力系統(tǒng)的的定性理理論，其其標志性性成果是是法國科科學家PPoinncarre從118811年到18886年期期間發(fā)表表的系列列論文“微微分方程程定義的的積分曲曲線”，俄俄羅斯科科學家LLiappunoov 從18822年到118922年期間間完成的的博士論論文“運運動穩(wěn)定定性通論論”，以以及美國國科學家家Birrkhoof

15、f在19277年出版版的著作作“動力力系統(tǒng)。第二二階段的的主要進進展是提提出了一一系列求求解非線線性振動動問題的定量量方法，代代表人物物有俄羅羅斯科學學家Krryloov、BBoglliubbov，烏烏克蘭科科學家MMitrrpollsky，美國國科學家家Nayyfehh等等。他他們系統(tǒng)統(tǒng)地發(fā)展展了各種種攝動方方法和漸漸近方法法，解決決了力學學和程科學中中的許多多問題。在在這個階階段中抽抽象提煉煉出了若若干著名名的數(shù)學學模型，如如Dufffinng方程、vann deer PPol方方程、MMathhieuu方程等等，至今今仍被人人們用以以研究非非線性系系統(tǒng)動力力學現(xiàn)象象的本質(zhì)特征征。從220

16、世紀紀6070年年代開始始，原來來獨立發(fā)發(fā)展的分分岔理論論匯入非非線性動動力學研研究的主流當中中，混沌沌現(xiàn)象的的發(fā)現(xiàn)更更為非線線性動力力學的研研究注入入了活力力，分岔岔、混沌沌的研究究成為非線性性動力學學理論新新的研究究熱點。俄俄羅斯科科學家AArnoold和和美國科科學家SSmalll等數(shù)數(shù)學家和力學家相相繼對非非線性系系統(tǒng)的分分岔理論論和混沌沌動力學學進行了了奠基性性和深入入的研究究，Loorennz和Uedda等物物理學家家則在實實驗和數(shù)數(shù)值模擬擬中獲得得了重要要發(fā)現(xiàn)。他他們的杰杰出貢獻獻使非線線性動力學在200世紀770年代代成為一一門重要要的前沿沿學科，在在動力學學、振動動與控制制學

17、科的的創(chuàng)立和和發(fā)展過程中都都占據(jù)了了重要的的地位，成成為當代代動力學學、振動動與控制制研究的的一個重重要分支支。近年來來，非線線性動力力學在理理論和應應用兩個個方面均均取得了了很大進進展。隨隨著非線線性動力力學理論和相相關學科科的發(fā)展展，人們們基于非非線性動動力學的的觀點以以及現(xiàn)代代數(shù)學和和計算機機等工具具，對工程科科學等領領域中的的非線性性系統(tǒng)建建立動力力學模型型，預測測其長期期的動力力學行為為，揭示示內(nèi)在的規(guī)律律性，提提出改善善系統(tǒng)品品質(zhì)的控控制策略略。一系系列成功功的實踐踐使人們們認識到到：許多多過去無法解解決的難難題源于于系統(tǒng)的的非線性性，而解解決難題題的關鍵鍵在于對對問題所所呈現(xiàn)出出

18、的分岔岔、混沌和分分形等復復雜非線線性現(xiàn)象象具有正正確的認認識和理理解。研究非非線性系系統(tǒng)動力力學的方方法可以以分為定定性方法法(或幾幾何方法法)和定定量方法法兩大類類。定性方法一一般不直直接求解解非線性性動力系系統(tǒng)，而而是從非非線性系系統(tǒng)的動動力學方方程入手手，研究究系統(tǒng)在狀態(tài)態(tài)空間的的動力學學行為。由由于非線線性微分分方程一一般沒有有統(tǒng)一的的精確解解法，所所以定量方法只研研究各種種近似解解法，例例如平均均法、KKBM法法、多尺尺度法、諧諧波平衡衡法等等等。定性性方法和定量方方法可以以相互補補充，定定性方法法可以得得到系統(tǒng)統(tǒng)解的拓拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)和系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)之之間的關關系，定量方方法可以以得到確確

19、定參數(shù)數(shù)時的數(shù)數(shù)值解。在在研究各各種復雜雜的非線線性動力力學問題題時，兩種方法缺缺一不可可。隨著計計算機代代數(shù)、數(shù)數(shù)值模擬擬和圖形形技術的的進步，非非線性動動力學理理論正在在從低維維向高維發(fā)展，非非線性動動力學理理論和方方法所能能處理的的問題規(guī)規(guī)模和難難度不斷斷提高，已已逐步接接近實際系統(tǒng)。在在工程科科學界，以以往研究究人員對對于非線線性問題題繞道而而行的現(xiàn)現(xiàn)象已經(jīng)經(jīng)發(fā)生了了變化。人們不僅僅力求深深入分析析非線性性對系統(tǒng)統(tǒng)動力學學特性的的影響，使使系統(tǒng)和和產(chǎn)品的的動態(tài)設設計、加工、運行行與控制制滿足日日益提高高的運行行速度和和精度需需求；而而且開始始探索利利用分岔岔、混沌沌等非線性現(xiàn)現(xiàn)象造福福

20、人類。科學理理論與工工程技術術總是相相互依賴賴和相互互促進的的，新的的科學理理論可以以闡明并并揭示出出工程問題中中未被認認識的復復雜現(xiàn)象象和本質(zhì)質(zhì)。非線線性動力力學理論論在高科科技領域域和工程程實際問問題中的應用用，已經(jīng)經(jīng)引起了了各領域域科學家家們的廣廣泛關注注，并使使這門學學科有了了強大的的生命力力。在工程系系統(tǒng)中，有有許多動動力學問問題都是是非線性性的，它它們的數(shù)數(shù)學模型型和運動動方程可可以用非線性動力力系統(tǒng)來來描述。以以下僅列列出若干干機械、結(jié)結(jié)構(gòu)工程程師感興興趣的動動力學、振振動與控控制問題：(1) 航航天飛機機和空間間站中柔柔性機械械臂、衛(wèi)衛(wèi)星天線線和太陽陽能列陣陣的非線線性振動動；

21、(2) 航航天器姿姿態(tài)的混混沌運動動；(3) 系系繩衛(wèi)星星的非線線性振動動與控制制；(4) 柔柔性機器器人和彈彈性機構(gòu)構(gòu)中的非非線性振振動；(5) 內(nèi)內(nèi)燃機中中曲軸系系統(tǒng)的非非線性扭扭轉(zhuǎn)振動動、氣門門機構(gòu)的的非線性性振動和和離心擺擺式減振振器的非線性振動動；(6) 帶帶有裂紋紋的大型型轉(zhuǎn)子和和大型發(fā)發(fā)電機組組的非線線性振動動；(7) 滑滑動軸承承中的油油膜渦動動；(8) 齒齒輪傳動動和黏彈彈性帶傳傳動中的的非線性性振動；(9) 金金屬切削削過程的的非線性性顫振和和控制；(10) 振動機機械中的的非線性性動力學學；(11) 高速機機車行駛駛穩(wěn)定性性和蛇行行運動的的控制；(12) 船舶在在橫浪或或

22、縱向波波作用下下的橫搖搖運動、操操縱穩(wěn)定定性和傾傾覆機理理；(13) 車輛主主動底盤盤系統(tǒng)的的時滯非非線性動動力學與與控制；(14) 懸索結(jié)結(jié)構(gòu)以及及懸索和和梁結(jié)構(gòu)構(gòu)之間相相互耦合合的非線線性動力力學；(15) 流固耦耦合系統(tǒng)統(tǒng)和流體體誘發(fā)的的機械結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性振振動.由此可可見，研研究非線線性動力力學理論論和方法法對于解解決工程程系統(tǒng)中中的實際際問題具具有重要要意義，非線線性動力力學的研研究進展展將會對對工程系系統(tǒng)的研研究、設設計和使使用產(chǎn)生生深遠的的影響。2.2 振振動控制制對機械械振動進進行主動動控制方方面的嘗嘗試已有有三十多多年歷史史，但早早期的進進展比較較緩慢。近年來，隨隨著信息息

23、技術、測測控技術術的發(fā)展展，振動動主動控控制技術術有了長長足進步步，一些些控制方法和相應應的測控控系統(tǒng)正正日趨成成熟，并并開始在在航空、航航天、機機械和土土木工程程領域得得到了成功應用。以轉(zhuǎn)子子系統(tǒng)的的振動主主動控制制為例，其其研究包包括：控控制的目目標函數(shù)數(shù)，控制制器的設設計和施加控制力力的方法法等。其其中，關關鍵是如如何施加加控制力力。目前前，有兩兩類施加加控制力力的方法法：一類是直直接將力力加在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上，另另一類是是通過軸軸承座來來施加。一一個成功功的主動動控制作作動器應具有：緊湊的的結(jié)構(gòu)，大大的作動動力，大大的調(diào)節(jié)節(jié)距離(應大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子可能能的最大大振幅)，寬的的頻率范圍(至少應應包括要要

24、控制的的最高振振動頻率率)。目目前常見見的幾種種轉(zhuǎn)子系系統(tǒng)的振振動主動動控制手段有：磁軸承承、壓電電作動器器、記憶憶合金作作動器、液液壓作動動器、主主動可傾傾瓦軸承承、主動油膜(擠擠壓油膜膜)軸承承以及電電/磁流流變阻尼尼器等。這這些方法法各有優(yōu)優(yōu)缺點，如如磁軸承承的不足足在于軸承參參振質(zhì)量量大、承承載力小小、需附附加保護護軸承等等；記憶憶合金和和液壓作作動器的的不足是是反饋速度慢慢等。到到目前為為止，只只有磁軸軸承得到到了較廣廣泛的應應用?？乜刂破鞯牡脑O計可可以基于于已有的控制制理論，但但很大程程度上取取決于作作動器。振動主主動控制制技術最最引人注注目的進進展是集集傳感器器、控制制器、作作動

25、器與與結(jié)構(gòu)為為一體，以減振和降降噪為目目標的智智能結(jié)構(gòu)構(gòu)。當前前，研究究的熱點點是基于于壓電傳傳感器和和作動器器的智能能結(jié)構(gòu)，控制制策略則則來自HH控制制、自適適應控制制、神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡控控制、非非線性控控制、混混合控制制等控制理論的的新成果果。經(jīng)過過大量的的數(shù)值模模擬、優(yōu)優(yōu)化設計計和實驗驗，這類類智能結(jié)結(jié)構(gòu)已有有許多成成功的應用。大大到對空空間可展展天線、太太陽能帆帆板等張張開時的的振動進進行主動動控制，小小到對提提琴和吉他的的音箱進進行振動動控制以以改善其其音響效效果。在在智能結(jié)結(jié)構(gòu)進一一步走向向工程化化、實用用化的過程中中，控制制效果與與測控系系統(tǒng)的可可靠性、經(jīng)經(jīng)濟性、重重量等因因素的矛矛盾

26、正日日益顯現(xiàn)現(xiàn)。因此，智能能結(jié)構(gòu)動動力學尚尚有許多多開放的的問題。對于大大型結(jié)構(gòu)構(gòu)和機械械，達到到振動主主動控制制所需推推力的作作動器通通常價格格昂貴、能能耗巨大、體積和和重量也也很可觀觀. 通通過局部部地、主主動調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)動動特性的的方法來來實現(xiàn)振振動控制制通常稱為振動動半主動動控制，所所需能耗耗低、也也勿需對對原系統(tǒng)統(tǒng)作大修修改。例例如，通通過實時時調(diào)節(jié)系統(tǒng)中某些些零部件件的剛度度和慣性性來改變變系統(tǒng)固固有頻率率，可避避免共振振。具體體實現(xiàn)時時，可通通過步進電機機和絲杠杠來調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)中中某些集集中質(zhì)量量的位置置，使等等效慣性性或剛度度發(fā)生變變化，也也可采用電磁磁、氣液液等手段段來調(diào)節(jié)節(jié)彈性

27、元元件的剛剛度。目目前，結(jié)結(jié)構(gòu)工程程界廣泛泛研究主主動拉索索，即通過液液壓作動動器調(diào)節(jié)節(jié)拉索的的張力，進進而改變變索系結(jié)結(jié)構(gòu)的等等效剛度度和固有有頻率。近近年來，形狀記記憶合金金、電流流變和磁磁流變等等功能材材料的出出現(xiàn)為主主動調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)剛剛度、阻阻尼提供供了新途徑。例例如，已已發(fā)展了了多種電電流變和和磁流變變可控阻阻尼器，針針對轉(zhuǎn)子子軸承、車車輛懸架架、橋梁拉索索等開發(fā)發(fā)了半主主動控制制技術。此此外，采采用半主主動控制制的動力力吸振器器技術也也有新的進展。已已有的半半主動控控制策略略可分為為幾類：第一類類是通過過求解系系統(tǒng)動力力學問題題，獲得得可控減振環(huán)節(jié)的參數(shù)數(shù)對系統(tǒng)統(tǒng)動特性性的影響響，進

28、而而形成的的控制策策略；第第二類是是根據(jù)系系統(tǒng)的動動力學模模型和控制理理論建立立的控制制策略；第三類類是在無無法建立立系統(tǒng)動動力學模模型的情情況下，基基于在線辨識并以以自適應應控制、模模糊控制制、神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡控控制等為為代表的的智能控控制策略略。顯然然，后兩類的實用用性好，也也是目前前研究的的重點。隨著對對振動控控制要求求的提高高，非線線性控制制和時滯滯控制正正日益引引起人們們的注意意。例如如，采用非線線性控制制策略可可解決繩繩系衛(wèi)星星展開過過程的鎮(zhèn)鎮(zhèn)定問題題；針對對液壓系系統(tǒng)存在在的時滯滯，利用時滯滯反饋對對船載吊吊車的擺擺動進行行控制；采用時時滯反饋饋控制非非線性系系統(tǒng)的混混沌運動動等。時滯

29、會會使控制制系統(tǒng)的的特性發(fā)發(fā)生質(zhì)的的變化。由由此引起起的系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性、分岔岔等問題題正引起重視。3 若干研研究前沿沿及其主主要研究究內(nèi)容工程系系統(tǒng)的動動力學建建模、分分析、設設計和控控制的一一般理論論和方法法是動力力學、振振動與控控制的主要研研究范疇疇，其總總體發(fā)展展趨勢是是高維(和無限限維)、非非線性、多多尺度和和多耦合合系統(tǒng)的動力學。具具體地說說，今后后所研究究的工程程系統(tǒng)日日益復雜雜，將包包括各種種非線性性因素，機機、電、磁、熱熱和流等等多場耦耦合因素素，邊界界與結(jié)合合部效應應，微機機電系統(tǒng)統(tǒng)引起的的尺度效效應等。因此需要發(fā)發(fā)展新的的非線性性動力學學理論、分分析與仿仿真技術術來研究究工

30、程系系統(tǒng)的大大范圍動動力學特性，要基基于對工工程系統(tǒng)統(tǒng)動力學學的深刻刻理解來來發(fā)展新新的優(yōu)化化方法實實現(xiàn)對系系統(tǒng)的動動力學設設計，還要發(fā)發(fā)展各種種主動控控制乃至至智能控控制來使使系統(tǒng)獲獲得所需需的運動動。根據(jù)我我國科學學技術的的發(fā)展情情況和國國際范圍圍內(nèi)對動動力學、振振動與控控制的研研究態(tài)勢勢，可以歸納提煉煉出以下下幾個具具有共性性和根本本性的前前沿研究究方向，并并建議加加強相應應的研究究工作。3.1 高高維非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局攝動法法、全局局分岔和和混沌動動力學高維非非線性系系統(tǒng)的全全局分岔岔和混沌沌動力學學是目前前國際上上非線性性動力學學領域的的前沿課課題，并且已已經(jīng)列入入我國力力學學科

31、科“十五五”發(fā)展展規(guī)劃。大大部分工工程實際際問題都都可用高高維非線性系統(tǒng)來來描述，并并且大多多數(shù)都是是高維擾擾動Haamilltonn系統(tǒng).然而目目前研究究高維非非線性系系統(tǒng)的全局分岔岔和混沌沌動力學學的方法法還不是是很多，對對于高維維非線性性系統(tǒng)的的全局動動力學特特性研究的還不是是十分清清楚。對對于高維維非線性性動力系系統(tǒng)來說說，其研研究難度度比低維維非線動動力系統(tǒng)統(tǒng)要大許多，既既有數(shù)學學方法上上的困難難，也有有數(shù)值計計算和幾幾何描述述上的困困難。對對于高維維非線性系統(tǒng)和無無限維非非線性系系統(tǒng)，從從理論上上講雖然然可用中中心流形形理論和和慣性流流形理論論對高維維非線性系統(tǒng)統(tǒng)和無限限維非線線性

32、系統(tǒng)統(tǒng)進行降降維處理理，使系系統(tǒng)的維維數(shù)降低低.但是是降維后后的系統(tǒng)統(tǒng)其維數(shù)還是相相當高的的，并且且高維非非線性系系統(tǒng)中的的穩(wěn)定流流形和不不穩(wěn)定流流形的幾幾何結(jié)構(gòu)構(gòu)難于直直觀的構(gòu)造和和描述，因因此發(fā)展展能夠處處理高維維非線性性動力學學系統(tǒng)的的研究方方法是非非常重要要和迫切的.如何何研究高高維非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局攝動法法、全局局分岔和和混沌動動力學，對對于解決決工程實實際問題至關關重要。對對于高維維非線性性系統(tǒng)，其其研究內(nèi)內(nèi)容可以以從以下下幾方面面開展：(1) 基基于Koovaccic-Wiggginns全局局攝動法法、Haalleer-WWiggginss所提出出的能量量-相位位法方法法、以

33、及Camaassaa和等人人的廣義義Mellnikkov方方法，發(fā)發(fā)展適用用于研究究高維非非線性系系統(tǒng)全局局分岔和和混沌動力學的全全局攝動動法，使使這種全全局攝動動法能夠夠研究大大部分高高維非線線性系統(tǒng)統(tǒng)，能夠夠解決三三自由度非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局分岔和和混沌動動力學問問題。(2) 利利用標準準Mellnikkov方方法、微微分幾何何理論和和不變流流形纖維維叢理論論發(fā)展用用于研究究外周期期激勵作用下下多自由由度非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局攝動法法，使這這種方法法能夠解解決含外外周期激激勵的多多自由度非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的全局局分岔和和混沌動動力學。研研究高維維平均系系統(tǒng)的同同宿分岔岔、異宿宿分岔和全局分岔

34、岔，找出出平均系系統(tǒng)中由由奇點組組成的奇奇點環(huán)，進進而研究究高維平平均系統(tǒng)統(tǒng)中的SSilnnikoov型混沌運運動。(3) 研研究高維維平均系系統(tǒng)的規(guī)規(guī)范形，當當解同時時具有一一對雙零零特征值值和一對對純虛特特征值，一一對雙零特征征值和二二對純虛虛特征值值，二對對純虛特特征值或或三對純純虛特征征值時，研研究高維維規(guī)范形和普適開開折的計計算。當當高維平平均系統(tǒng)統(tǒng)解具有有二對或或三對雙雙零特征征值及幾幾對純虛虛特征值值時，在共軛軛算子法法，多重重Liee括號方方法直接接方法的的基礎上上，利用用Mapple符符號程序序給出簡簡便有效的計算算高維非非線性系系統(tǒng)的規(guī)規(guī)范形和和普適開開折的方方法，使使之得

35、到到最簡規(guī)規(guī)范形。(4) 利利用高維維規(guī)范形形和普適適開折理理論研究究外周期期激勵作作用下二二個和三三個自由由度非線線性系統(tǒng)當解具有有二對或或三對雙雙零特征征值及幾幾對純虛虛特征值值時的高高余維退退化分岔岔、全局局分岔和和解的穩(wěn)定性性判斷。3.2 高高維強非非線性系系統(tǒng)分岔岔與混沌沌動力學學的實驗驗研究隨著非非線性動動力學理理論的發(fā)發(fā)展和數(shù)數(shù)值計算算能力的的迅速提提高，高高維強非非線性系系統(tǒng)的動動力學特性的的數(shù)值研研究成為為非線性性動力學學研究中中非常活活躍的領領域，尤尤其是在在非線性性系統(tǒng)的的分岔與混沌沌動力學學的研究究方面發(fā)發(fā)表了大大量的論論文。盡盡管在數(shù)數(shù)值分析析中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了大量量的分岔岔

36、與混沌現(xiàn)象象，但對對這些現(xiàn)現(xiàn)象的非非線性本本質(zhì)還缺缺乏深入入了解，尤尤其是缺缺乏有關關的實驗驗研究和驗證。通過開開展對于于高維強強非線性性系統(tǒng)分分岔與混混沌動力力學的實實驗研究究，對這這類系統(tǒng)統(tǒng)的動力力學特性的更更為深入入的理論論研究和和數(shù)值計計算具有有重要的的指導作作用，對對非線性性動力學學分支學學科的發(fā)展和和實際工工程應用用將具有有重要的的促進作作用.這這方面的的研究內(nèi)內(nèi)容可以以從以下下幾方面面開展：(1) 用用于高維維強非線線性系統(tǒng)統(tǒng)分岔與與混沌動動力學實實驗研究究的試驗驗裝置設設計與實實現(xiàn)，包包括實驗信號的提提取和處處理方法法研究，分分岔與混混沌運動動控制方方法的實實現(xiàn)等。(2) 高高

37、精度參參數(shù)控制制系統(tǒng)的的研制和和設計?？伎紤]非線線性控制制問題，快快速反饋饋控制問問題，研研制頻率寬、作作動力大大、動力力學特性性簡單、尺尺寸小和和控制方方便的作作動器。(3) 實實驗得到到的高維維強非線線性系統(tǒng)統(tǒng)分岔與與混沌動動力學等等的響應應形式(周期、擬擬周期、混混沌、Poinncarre圖等等)的定定義方法法和與理理論定義義的相對對一致性性的研究究。(4) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性的實驗驗研究，利利用實驗驗方法對對造成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子失穩(wěn)穩(wěn)的因素素進行更更精細的的分析，例如研研究強非非線性油油膜力的的影響問問題；研研究多種種因素共共同作用用時的穩(wěn)穩(wěn)定性問問題。3.3 時時滯非線線性系統(tǒng)統(tǒng)的動力力學理

38、論論及其應應用許多動動力系統(tǒng)統(tǒng)隨時間間的演化化不僅依依賴于系系統(tǒng)當前前的狀態(tài)態(tài)，而且且依賴于于系統(tǒng)過過去某一一時刻或若干干個時刻刻的狀態(tài)態(tài)，這樣樣的系統(tǒng)統(tǒng)被稱作作時滯動動力系統(tǒng)統(tǒng)。工程程系統(tǒng)中中的時滯滯通?？煽梢詺w結(jié)為下下列情況況之一或或幾種情情況的組組合：(1) 測測控過程程中的測測量時滯滯(如視視網(wǎng)膜對對視頻映映像的處處理、 機器人人分析電電視圖像像);(2) 信信號傳輸輸中的時時滯(如如地殼的的波動、化化學反應應的流動動、電磁磁波傳輸輸?shù)?;(3) 形形成控制制決策所所需的時時滯(如如數(shù)字控控制器的的運算過過程、人人腦的分分析與判判斷);(4) 建建立作動動器輸出出所需的的時滯(如液力力

39、作動器器從接受受驅(qū)動信信號到產(chǎn)產(chǎn)生推力力);(5) 系系統(tǒng)的物物理和化化學性質(zhì)質(zhì)導致的的時滯等等。因此，許許多動力力學控制制系統(tǒng)需需要用時時滯動力力系統(tǒng)來來描述。此此外，時時滯動力力系統(tǒng)還還是描述金屬切切削過程程顫振、生生物系統(tǒng)統(tǒng)演化等等問題的的數(shù)學模模型。一一方面，動動力系統(tǒng)統(tǒng)中無法法避免的時滯會會改變系系統(tǒng)特性性，使系系統(tǒng)失去去穩(wěn)定性性，甚至至使系統(tǒng)統(tǒng)的演化化呈現(xiàn)復復雜性。另另一方面，時滯控控制比較較容易實實現(xiàn)，可可以通過過它來改改善系統(tǒng)統(tǒng)的動力力學特性性。例如如，混沌沌空調(diào)就就是利用時滯滯反饋控控制來產(chǎn)產(chǎn)生混沌沌信號，柔柔和地調(diào)調(diào)節(jié)室溫溫。對于于動力學學、振動動與控制制學科而言，時滯滯動

40、力系系統(tǒng)的研研究通常常直接涉涉及到動動力學和和控制兩兩方面的的內(nèi)容。然然而，與與常微分方程和偏偏微分方方程所描描述的動動力系統(tǒng)統(tǒng)相比，時時滯動力力系統(tǒng)對對應于泛泛函微分分方程，其其初始狀態(tài)空間間是一個個無限維維空間，并并且這個個無限維維空間沒沒有多少少特殊的的性質(zhì)，理理論分析析往往非常困難難。對于于時滯非非線性動動力系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定定性分析析，特別別是失穩(wěn)穩(wěn)后的動動力學行行為的分分析還沒有成成熟的、可可直接應應用的方方法和理理論，更更談不上上數(shù)值計計算方法法。時滯滯非線性性動力系統(tǒng)有著比比用常微微分方程程所描述述的動力力系統(tǒng)更更加豐富富的動力力學行為為，例如如，一階階的自治治時滯非線性性系統(tǒng)就就可

41、能出出現(xiàn)混沌沌運動。另另一方面面，時滯滯因素的的出現(xiàn)往往往會導導致常微微分方程所描述的的系統(tǒng)中中的混沌沌運動消消失。因因此，開開展對時時滯動力力系統(tǒng)的的研究既既有重要要的意義義，同時又是是富有挑挑戰(zhàn)性的的任務。迄今為為止，國國內(nèi)外對對于時滯滯動力系系統(tǒng)的研研究主要要集中在在以下幾幾個方面面:(1) 從從數(shù)學角角度將時時滯動力力系統(tǒng)作作為泛函函微分方方程，研研究解的的存在性性、唯一一性、振振蕩特性等。(2)對線線性時滯滯動力系系統(tǒng)進行行穩(wěn)定性性、魯棒棒穩(wěn)定性性分析.這方面面的論文文很多，并并已有若若干專著。(3) 針針對一些些特殊的的時滯非非線性動動力系統(tǒng)統(tǒng)研究其其周期解解，特別別是平凡凡解經(jīng)過

42、過Hoppf分岔岔形成的周期解解及其穩(wěn)穩(wěn)定性。這這方面的的研究主主要集中中在生物物數(shù)學界界，對于于分岔的的研究尚尚限于非退化的HHopff分岔。(4) 針針對實際際工程系系統(tǒng)，如如切削顫顫振、機機器人控控制、車車輛半主主動懸架架、車輛輛轉(zhuǎn)向動動力學、保密通訊訊等，通通過研究究時滯對對系統(tǒng)特特性的影影響來改改善系統(tǒng)統(tǒng)動特性性。從國際際范圍內(nèi)內(nèi)看，時時滯因素素對動力力系統(tǒng)的的影響機機理正日日益受到到重視。我我國學者者在這方面的研究究已經(jīng)有有很好基基礎，有有一些研研究論文文發(fā)表在在高水平平國際期期刊上，并并出版了了專著。但研究隊隊伍規(guī)模模小，研研究方法法尚未形形成體系系，所得得的結(jié)果果還是局局部的，

43、在在時滯引引起動力系統(tǒng)復雜雜性的研研究方面面與國外外學者的的研究工工作尚有有差距。因因此，非非常有必必要加強強對于時滯非線性性動力系系統(tǒng)進一一步研究究。值得得注意的的研究內(nèi)內(nèi)容有：(1) 非非線性時時滯動力力系統(tǒng)的的非Hoopf分分岔、高高余維退退化分岔岔（如退退化的HHopff分岔）分分析與計算方法。(2) 非非線性時時滯動力力系統(tǒng)中中混沌產(chǎn)產(chǎn)生的機機理與條條件，對對混沌進進行時滯滯控制時時控制策策略的理性構(gòu)造方方法。.(3) 非非線性多多時滯動動力系統(tǒng)統(tǒng)初值問問題、周周期解問問題的高高效數(shù)值值計算方方法，以以及相應應的穩(wěn)定性計算方方法。(4) 非非線性多多時滯動動力系統(tǒng)統(tǒng)的實驗驗建模方方法

44、，包包括時滯滯參數(shù)的的可辨識識性研究究，人機機交互過程的模型型建立等等。3.4 流流體-彈彈性體-剛體耦耦合系統(tǒng)統(tǒng)的動力力學與控控制流固耦耦合動力力學是固固體力學學和流體體力學交交叉形成成的一個個動力學學分支，主主要研究究變形固體和流體體兩種介介質(zhì)之間間的交互互作用，即即在流體體動載荷荷作用下下固體產(chǎn)產(chǎn)生的變變形和動動力學響應，而變變形和動動力學響響應反過過來影響響流場從從而改變變流體載載荷的分分布和大大小。多多柔體系系統(tǒng)動力學是是固體力力學和動動力學交交叉形成成的一個個動力學學分支，主主要研究究大范圍圍的剛體體運動和柔性變形形的相互互影響，剛剛體運動動產(chǎn)生附附加的慣慣性力影影響變形形，而變變

45、形產(chǎn)生生剛體的的質(zhì)心和慣性張量量的變化化從而影影響剛體體的運動動。流體體彈性性體剛剛體合系系統(tǒng)動力力學與控控制則是是上述兩個交交叉學科科的進一一步交叉叉與融合合，從學學科上來來看涉及及固體力力學、流流體力學學、計算算力學、動力力學、振振動與控控制等學學科，從從工程上上來看與與航天、航航空、航航海、動動力機械械、石化、生物等等領域均均有密切切的聯(lián)系系。流體-彈性性體-剛剛體耦合合系統(tǒng)具具有以下下一些特特點:(1) 多多介質(zhì)耦耦合：系系統(tǒng)中剛剛體、彈彈性體、流流體(液液體和氣氣體)等等多種介介質(zhì)相互互耦合作作用，其特點是固固體運動動、流體體運動和和剛體運運動均不不可能單單獨地求求解，無無法顯式式地

46、消去去描述流流體運動的獨獨立變量量，或描描述固體體運動的的獨立變變量，或或描述剛剛體運動動的獨立立變量。這這里的剛體可能是是可以處處理成剛剛體的真真實物體體，也可可能是刻刻畫系統(tǒng)統(tǒng)整體運運動的剛剛體運動動模態(tài)。(2) 非非線性特特性：剛剛體的運運動和系系統(tǒng)整體體的運動動一般是是大范圍圍的非線線性運動動，因此此非線性因素是流流體-彈彈性體-剛體耦耦合系統(tǒng)統(tǒng)的固有有特點。(3) 多多時間尺尺度效應應：剛體體(或系系統(tǒng)整體體)、彈彈性體和和流體運運動的特特征周期期一般屬屬于兩個個以上不同的的時間尺尺度。(4) 變變結(jié)構(gòu)特特性：有有些系統(tǒng)統(tǒng)中含有有機構(gòu)，可可以在一一定條件件下鎖定定，如衛(wèi)衛(wèi)星的太太陽能

47、電電池帆板展開鎖鎖定，機機械手抓抓取載荷荷等。流體彈性體體剛體體耦合系系統(tǒng)的動動力學與與控制涉涉及的學學科面廣廣，難題題也自然然多。今今后一個階段段，下述述關鍵問問題應引引起重視視：(1) 動動力學建建模問題題：包括括如何建建立準確確描述系系統(tǒng)耦合合動力學學行為的的數(shù)學模模型，如如何建立工程上實實用的簡簡化模型型(或等等效模型型)及其其簡化準準則，如如何通過過實驗進進行模型型驗證等等。(2) 計計算問題題：由于于計算對對象屬于于多時間間尺度、多多介質(zhì)耦耦合問題題和非線線性問題題，因此此其難度很大。需需要重點點研究如如何最簡簡便地描描述運動動，解決決計算中中的剛性性問題，提提高計算算效率等。(3

48、) 研研究單柔柔性輸流流管，雙雙柔性輸輸流管以以及多排排輸流管管的全局局動力學學。建立立流固耦耦合的非線性動力力學方程程，利用用Gallerkkin方方法把這這些非線線性機械械系統(tǒng)簡簡化成含含參數(shù)激激勵的低低維非線性動力力系統(tǒng)，研研究系統(tǒng)統(tǒng)的局部部分岔、全全局分岔岔以及混混沌動力力學。(4) 研研究在風風作用和和支座運運動情況況下柔性性索和柔柔性梁耦耦合的混混沌動力力學，建建立水平平索和斜拉索與柔柔性梁耦耦合情況況下的非非線性動動力學方方程，研研究系統(tǒng)統(tǒng)在多種種共振情情況下的的全局分分岔和混沌動動力學，確確定多脈脈沖同宿宿軌道和和多脈沖沖異宿軌軌道。(5) 研研究貯液液箱中液液體與貯貯液箱之之

49、間相互互作用的的非線性性動力學學、全局局分岔和和混沌動動力學問題，建立立合適有有效的動動力學控控制方程程，研究究系統(tǒng)在在多種共共振情況況下的全全局分岔岔和混沌沌動力學。3.5 變變結(jié)構(gòu)動動力學與與碰撞振振動變結(jié)構(gòu)構(gòu)動力系系統(tǒng)在工工程技術術領域有有著廣泛泛的應用用背景，如如航天器器的交會會對接，空空間機器人捕獲獲衛(wèi)星，步步行機器器人、飛飛行器分分導、以以及結(jié)構(gòu)構(gòu)中的間間隙作用用等等都都屬于這這類動力系統(tǒng)的研研究范疇疇。在精精密機械械、圖象象處理和和生物技技術中的的許多問問題也都都存在著著許多約約束性質(zhì)發(fā)生生突變的的類似現(xiàn)現(xiàn)象。如如何合理理的描述述變結(jié)構(gòu)構(gòu)系統(tǒng)的的動力學學過程已已成為解解決當前前包

50、括航天工工程、機機器人技技術、生生物工程程等許多多工業(yè)領領域的基基礎性研研究課題題。變結(jié)構(gòu)構(gòu)動力系系統(tǒng)涉及及到許多多基礎性性和應用用性學科科的交叉叉。由于于這類系系統(tǒng)包含含運動過過程中約束性性質(zhì)的變變化，因因此，其其動力學學過程是是非光滑滑、甚至至不連續(xù)續(xù)的過程程.從數(shù)數(shù)學意義義上來看這類系系統(tǒng)可以以歸并為為一類含含不等式式約束的的非線性性微分-代數(shù)混混合系統(tǒng)統(tǒng)，對這這類系統(tǒng)統(tǒng)解的性質(zhì)的研研究涉及及到不等等式變分分原理、穩(wěn)穩(wěn)定性理理論、含含線性并并協(xié)性條條件和非非線性并并協(xié)性條件的數(shù)學學規(guī)劃問問題、以以及相關關的數(shù)值值算法等等當前應應用數(shù)學學領域研研究的內(nèi)內(nèi)容。從從力學意意義上來說，變變結(jié)構(gòu)系

51、系統(tǒng)在約約束性質(zhì)質(zhì)變換的的過程中中，一般般要含有有碰撞接接觸的過過程，正正確的刻畫碰撞過過程的作作用機理理是解決決這類問問題的理理論基礎礎。牛頓頓、Pooissson及及Whiittaakerr理論構(gòu)成了經(jīng)典典碰撞動動力學理理論的框框架，但但實際上上它所能能處理的的問題僅僅限于兩兩個球狀狀近剛性性物體的正碰碰撞或斜斜碰撞問問題。因因此，在在將經(jīng)典典的碰撞撞動力學學理論引引入到變變結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)動力力學時，我們們必須重重新認識識經(jīng)典碰碰撞動力力學理論論中所包包含的簡簡化假設設。這些些假設包包括：(1) 碰撞瞬態(tài)態(tài)假設；(2) 碰撞撞局部性性假設；(3) 碰撞撞法向運運動不受受切向運運動影響響的假設設

52、；(44) 恢復系數(shù)只只依賴于于碰撞體體材料性性質(zhì)，而而與碰撞撞體的幾幾何形狀狀和運動動條件無無關的假假設；(5) 切向沖量量Whiittaakerr理論來來確定的的假設。當把經(jīng)經(jīng)典的碰碰撞動力力學理論論推廣到到多柔體體系統(tǒng)的的碰撞問問題時，引引起的問問題更多多。我們必須注意意到柔性性體發(fā)生生碰撞時時可能激激發(fā)的多多種不同同的運動動形式：(1) 碰撞撞體的整整體運動；(2) 碰撞撞體在碰碰撞點臨臨近的局局部變形形運動；(3) 柔性性體的結(jié)結(jié)構(gòu)變形形運動；(4) 應力力波的傳播等等。同時時，變結(jié)結(jié)構(gòu)動力力系統(tǒng)與與計算力力學的發(fā)發(fā)展緊密密相關，碰碰撞接觸觸的過程程實際上是一個含含動邊界界的相互互作

53、用的的過程，目目前在計計算力學學領域備備受關注注的無網(wǎng)網(wǎng)格數(shù)值值技術方法為精細細研究碰碰撞作用用過程的的力學性性質(zhì)提供供了可能能.變結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)往往是是一個受受控的多多體系統(tǒng)，碰撞撞過程的的強非線線性因素素對控制制器的設設計提出出了更高高的性能能要求，這這包括對對控制器的魯棒性性、穩(wěn)定定性、以以及系統(tǒng)統(tǒng)在執(zhí)行行機構(gòu)受受限條件件下的最最優(yōu)控制制問題等等。可以以看出，碰撞與變結(jié)結(jié)構(gòu)動力力學不僅僅具有廣廣泛的工工程應用用背景，并并且涉及及到多體體動力學學、計算算力學、應用數(shù)學學、控制制理論等等多學科科共同關關注的基基礎理論論問題，因因此，開開展碰撞撞與變結(jié)結(jié)構(gòu)動力學及相關關的碰撞撞振動研研究具有有重

54、要的的理論意意義和工工程價值值。主要要研究內(nèi)內(nèi)容有以以下幾方方面：(1) 碰碰撞作用用過程力力學機理理的研究究.包括括基于能能量表述述的碰撞撞簡化模模型的實實現(xiàn)，碰碰撞過程程中的能量分分配規(guī)律律，以及及對碰撞撞過程中中切向運運動和法法向運動動的相互互作用機機理等。(2) 變變結(jié)構(gòu)動動力學過過程整體體動力學學特性的的描述。包包括對含含并協(xié)性性條件微微分代數(shù)數(shù)混合系系統(tǒng)的解的性質(zhì)質(zhì)、全局局穩(wěn)定性性、以及及相關的的數(shù)值算算法。(3) 動動邊界問問題的處處理技術術。包括括利用無無網(wǎng)格數(shù)數(shù)值計算算方法解解決含大大變形和和碰撞接接觸的變結(jié)構(gòu)動力力學問題題。(4) 變變結(jié)構(gòu)動動力系統(tǒng)統(tǒng)的控制制問題的的研究.

55、包括研研究含碰碰撞與接接觸約束束的變結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)控制策策略的魯棒性性、穩(wěn)定定性、以以及相關關的最優(yōu)優(yōu)控制策策略問題題。(5) 含含間隙的的復雜機機械、結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)碰撞振振動分析析，包括括碰撞振振動的類類型、運運動穩(wěn)定定性、分岔及混沌沌的分析析與控制制等。3.6 微微機電系系統(tǒng)動力力學近年來來，微機機電系統(tǒng)統(tǒng)(miicroo ellecttro-mecchannicaal ssysttem, MEEMS)正走出出實驗室室，成為21世紀紀初的新新興產(chǎn)業(yè)業(yè)。僅從從國防科科技工業(yè)業(yè)領域看看，MEEMS技技術將用用于各種種微型武武器系統(tǒng)統(tǒng)，形成具有有新的競競爭力的的“智能能軍火”。西西方發(fā)達達國家正正在

56、積極極研制用用于軍事事目的的的微型航空器、重重量在11kg級級、甚至至0.11kg級級的納米米衛(wèi)星等等。而它它們的實實現(xiàn)必須須借助各各種微發(fā)發(fā)動機、微慣慣導儀器器、微傳傳感器、微微執(zhí)行機機構(gòu)。與與傳統(tǒng)機機械和結(jié)結(jié)構(gòu)相比比，MEEMS的的研制過過程更具有設計計與制造造一體化化的特征征。目前前，對MMEMSS的設計計多還在在器件水水平。除除了少數(shù)數(shù)二維器件的設計計外，多多數(shù)設計計借助于于ANSSYS等等商品化化軟件進進行試湊湊；除了了一些微微加速度度計的設設計外，多數(shù)數(shù)設計尚尚屬于結(jié)結(jié)構(gòu)靜強強度或機機構(gòu)運動動學范疇疇?？梢砸灶A見，隨隨著MEEMS的的實用化化，其動力學問問題將日日益引起起人們的的關

57、注。例例如，對對于微發(fā)發(fā)動機中中的運動動部件、微微慣導儀儀器，必須從動動力學角角度去進進行分析析和設計計。微機機電系統(tǒng)統(tǒng)動力學學方面的的研究國國內(nèi)外均均起步不不久，以下是是若干值值得注意意的問題題：(1) 多多學科耦耦合的大大規(guī)模動動力學模模擬。許許多MEEMS包包括了固固體、流流體、熱熱傳導、電電磁、靜靜電等相互作作用。例例如，在在微米尺尺度的流流速計中中，集成成了限流流元件、壓壓力傳感感器、放放大電路等。對其其進行動動力學模模擬需要要使用含含計算流流體力學學模塊的的ANSSYS有有限元軟軟件包FFOLTTRANN和電網(wǎng)絡模模擬軟件件HSPPICEE，聯(lián)合合解決多多學科耦耦合的MMEMSS仿

58、真與與設計。僅僅從流體體力學看看，又可能包括括自由表表面和表表面張力力、非牛牛頓黏性性流、非非均勻多多相流、懸懸浮流體體、表面面吸收和催化作用用、混合合、多介介質(zhì)傳導導、熱傳傳導和輻輻射等。因因此，需需要有適適應各種種學科和和各種方程的網(wǎng)格格生成技技術及動動力學求求解器.由于對對MEMMS精細細建模的的需要，上上述多學學科耦合合的數(shù)值模擬規(guī)模模非常大大。目前前，MEEMS的的動力學學研究中中，處理理10,0000個自由由度的線線性問題題已屬常規(guī)，但更更大規(guī)模模的多學學科耦合合數(shù)值模模擬還有有許多困困難。(2) 尺尺度效應應分析。目目前，對對MEMMS器件件的尺度度效應研研究主要要針對強強度、摩

59、摩擦與潤潤滑等問問題，很少針針對動力力學問題題。已有有實驗表表明，對對于基于于共振或或濾波原原理的微微傳感器器，其工工作頻率范圍圍達kHHz或GGHz, 會產(chǎn)產(chǎn)生由于于尺度引引起的穩(wěn)穩(wěn)定性問問題。隨隨著尺度度縮小，對對于宏觀觀器件可忽略略的失穩(wěn)穩(wěn)變得突突出。當當器件尺尺度很小小時，溫溫度、驅(qū)驅(qū)動功率率、Brrownn運動、JJohnnson噪聲、光光子、電電子、吸吸收分子子的波動動等都影影響噪聲聲特性，有有可能限限制超微微傳感器器的應用用.這些都是是MEMMS發(fā)展展中需要要認真解解決的動動力學問問題。(3) 非非線性動動力學分分析。MMEMSS中的非非線性主主要源于于微機構(gòu)構(gòu)、微驅(qū)驅(qū)動器(如靜

60、電電電機)，例如柔性鉸產(chǎn)產(chǎn)生的幾幾何大變變形、摩摩擦等。目目前，對對非線性性問題的的研究主主要采用用ANSSYS軟軟件進行非線性有有限元建建模和瞬瞬態(tài)響應應數(shù)值模模擬。幾幾乎未從從非線性性動力學學的高度度來研究究非線性性振動、動力力穩(wěn)定性性等問題題。隨著著微機構(gòu)構(gòu)和微驅(qū)驅(qū)動器實實用化，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高達達10000000r/mmin的微馬達將將投入使使用，高高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機械和和機構(gòu)的的動力學學問題必必將引起起關注。(4) 納納米機械械的動力力學模擬擬。當MMEMSS中器件件的尺度度小到納納米量級級時，基基于連續(xù)續(xù)介質(zhì)力力學理論的建模模方法將將失效。目目前，對對納米機機械的設設計尚處處于探索索階段，例例如