基于ALE-ANCF方法的卷曲展开机构动力学建模与分析

来源：振动与冲击杂志2025年第2期北京时间：

作者：黄斐，袁婷婷，刘锦阳liujy@sjtu

单位：1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240；2.广西大学土木建筑工程学院，南宁530004

摘要：针对含复杂的多区域接触的卷曲展开机构，本文将其简化为带刚性转盘的变长度柔性构件，建立多体系统动力学模型，以实现高效仿真。首先基于任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法（ALE-ANCF）对变长度梁进行建模，然后将复杂接触问题简化为移动边界的约束关系,给出一种增删节点处理方法，有效解决了单元长度变化引起的奇异和精度问题，在此基础上建立了刚-柔耦合多体系统的动力学模型，用隐式算法实现了动力学方程的数值求解。通过滑绳和动滑轮算例验证了建模方法的有效性。最后建立了卷曲机构充气展开系统的简化动力学模型，该模型采用任意拉格朗日-欧拉移动网格实时跟踪卷曲机构的位置，精准捕捉移动边界点，从而高效确定接触行为。分析了气压力与黏附力对展开动力学特性的影响，通过控制<span>黏附</span>力分布，实现了卷曲机构的匀速展开，对工程实际具有参考价值。<br>

关键词：变长度梁；任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法；卷曲展开机构；动力学建模；移动边界约束方程