有多余坐标完整系统的自由运动

作     者：陈菊 吴惠彬 梅凤翔 Chen Ju;Wu Huibin;Mei Fengxiang

作者机构：北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学数学学院北京100081 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2016年第48卷第4期

页      面：972-975页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(10932002 11272050 11572034) 

主　　题：多余坐标 完整系统 约束力 自由运动 

摘      要：对于完整力学系统,若选取的参数不是完全独立的,则称为有多余坐标的完整系统.由于完整力学系统的第二类Lagrange方程中没有约束力,故为研究完整力学系统的约束力,需采用有多余坐标的带乘子的Lagrange方程或第一类Lagrange方程.一些动力学问题要求约束力不能为零,而另一些问题要求约束力很小.如果约束力为零,则称为系统的自由运动问题.本文提出并研究了有多余坐标完整系统的自由运动问题.为研究系统的自由运动,首先,由d’Alembert--Lagrange原理,利用Lagrange乘子法建立有多余坐标完整系统的运动微分方程;其次,由多余坐标完整系统的运动方程和约束方程建立乘子满足的代数方程并得到约束力的表达式;最后,由约束系统自由运动的定义,令所有乘子为零,得到系统实现自由运动的条件.这些条件的个数等于约束方程的个数,它们依赖于系统的动能、广义力和约束方程,给出其中任意两个条件,均可以得到实现自由运动时对另一个条件的限制.即当给定动能和约束方程,这些条件会给出实现自由运动时广义力之间的关系.当给定动能和广义力,这些条件会给出实现自由运动时对约束方程的限制.当给定广义力和约束方程,这些条件会给出实现自由运动时对动能的限制.文末,举例并说明方法和结果的应用.