刚柔耦合系统动力学研究进展

首先简要回顾了柔性多体系统动力学前期研究的3个阶段．针对传统零次近似模型的缺陷提出了新的建模理论,并在新的一次近似耦合模型的基础上,就“动力刚化”问题和刚柔耦合动力学问题中的离散化方法与实验等方面进行研究;研制了供理论研究和动力学现象揭示的实验平台．文中对所取得的研究成果进行介绍．文末对今后的研究方向进行了展望．     

基于Bezier插值方法的作大范围旋转运动锥形悬臂梁动力学研究

研究了作大范围旋转运动高度和宽度均沿着梁长度方向变化的锥形悬臂梁动力学问题. 采用 Bezier插值方法对柔性梁的变形场进行描述,考虑柔性梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,计入由于横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项. 运用第二类拉格朗日方程推导出作旋转运动锥形梁的动力学方程,并编制了动力学仿真软件,对作旋转运动锥形梁的频率和动力学响应进行研究. 结果表明: 不同锥形梁截面的动力学响应和系统频率将有明显差异,因此对实际系统合理建模,将能得到更为精确的结果.     

A dynamic model with substructures for contact-impact analysis of flexible multibody systems

In the fields of science and engineering, many kinds of impact problems of flexible multi-body systems, such as impact of objects on a spacecraft and collision caused by locking of space-craft extension mechanisms, are frequently encountered. They are referred to as contact-impact problems when people are not interested in the local deformation close to contact points but in the transient dynamic response in contact-impact duration. It is necessary to investigate contact- impact dynamics of f…     

高速旋转柔性矩形薄板的动力学建模和近似算法

研究了做高速旋转柔性矩形薄板的耦合动力学建模理论和模态截断法的应用.从连续介质力学中关于柔性薄板的变形理论出发,找出了由于在结构动力学中对无大范围运动柔性薄板的动力学性质影响很小而被忽略的变形量.基于Jourdain速度变分原理,先推导出做高速旋转薄板的动力学连续变分方程,再用有限元法对柔性薄板进行离散.因为用有限元离散时,柔性薄板的广义坐标规模较大,故仿真计算需要时间较长,所以模态截断法被用来缩减广义坐标数量,提高计算效率.此外通过对有限元法和模态截断法的计算结果进行比较,揭示了当矩形薄板作高速旋转时,模态截断法截取低阶模态时会引起误差,选取更高的模态可以用来提高计算精度,通过数值对比得到了模态截断的规律.     

温度场中的柔性梁系统动力学建模

研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性，在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响，在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行离散，从虚功原理出发，根据各柔性梁之间的运动学约束关系，建立了带集中质量的柔性梁系统的动力学方程。仿真结果表明．即使在转速较低的情况下，随着集中质量的增大和温度的急剧变化，纵向变形的二次耦合项的影响不容忽视，此外，温度的变化还引起轴向变形和轴向约束力高频振荡。     

平面点集凸包的最优实时算法

在星形多边形性质的基础之上,根据凸多边形是特殊的星形多边形,以星点为中心,以分别平行于x轴和y轴的直线作为相对坐标系的坐标轴,将平面区域划分为四个区,依据新的点与有向线段之间关系的判别式,从而简便快速地分离内部点和外部点,对外部点快速找到支撑点,提出了平面点集的最优实时算法,其时间复杂度为O(n).它同样适用于多边形并具有相同的时间复杂度.它还便于控制结果凸包的方向,只需调整初始三角形的方向即可,算法其它部分无需修改.算法具有高效、稳定等特点,从而在结合崔国华等的理论基础之上为找到一种线性的排序算法提供了实际的可能性.在文中的结论部分提供了本文算法和经典的Graham算法及堆式排序算法的执行时间的比较.     

多体系统动力学及应用软件

对近年多体系统动力学的发展,建模方法,数值计算方法,计算机通用软件进行了回顾,并指出了该研究方向国际发展动态。     

柔性多体系统动力学Stif微分方程数值积分方法

柔性多体系统动力学微分方程都存在不同程度的Ｓｔｉｆ问题，一般认为通常的数值积分方法不能胜任对其求解。本文回避了研究复杂Ｓｔｉｆｆ微分方程数值积分的过程，从数值上分析了常用积分方法对处理不同Ｓｔｉｆｆ程度的适用性。在对四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ法，Ｔｒｅｎｏｒ法，Ａｄａｍｓ法，Ｇｅａｒ法及Ｎｅｗｍａｒｋ法进行大量数值实验基础上得到了有意义的结论     

柔性多体机械系统动力学递推方程

基于Ｊｏｒｄａｉｎ变分原理建立含闭环的复杂柔性多体机械系统递推形式动力学通用方程．用图论描述系统的拓外结构，分别用铰相对坐标与模态坐标描述相邻物体间的大位移运动及物体的弹性变形．对含闭环的系统，用铰切割方法建立相应的运动学约束方程，结果为一组拆合形式的动力学递推方程和折合形式的加速度约束方程，适合于建立该类系统的并行计算方法和用于实时动力学仿真。     

作平面运动的二维平面板的热耦合动力学问题

研究受到热冲击的作平面运动的二维平面板的温度场和动力学响应.考虑温度场和应变场的耦合,通过计算熵密度,建立了平面板的热传导变分方程,此外,在本构关系式中考虑热应变,基于平面应力假设建立了作平面运动的二维平面板的动力学变分方程.用有限元方法分别对温度场和变形场进行离散.最后,计算了作直线平动的平面板的温度场和变形场,揭示了温度和变形的相互耦合特征,体现了板运动对温度和变形的影响.