匀速旋转刚环⁃内接柔性梁系统的共振分析

研究了旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学建模与振动特性。基于浮动坐标系方法,考虑柔性梁由于弯曲变形产生的轴向缩短量,利用有限元法对柔性梁位移场进行插值,推导出柔性梁的动能、应变能和重力做功的表达式,运用第二类拉格朗日原理,建立旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学模型。基于该模型分析系统的临界失稳转速,其仿真结果与现有数据以及商业软件 ANSYS 数值结果相吻合,可验证该模型的正确性。研究表明：系统存在比临界失稳转速小的共振转速,在共振转速时,重力周期性变化频率接近系统的固有频率,梁的振幅随时间的增大而增大;径长比越大,共振转速越小;系统在径长比为 1 时,无量纲共振转速区间为 2.20 至 2.36,若转速接近共振转速区间,则柔性梁的振幅时而变大,时而变小,产生拍振现象。     

含随机参数的空间柔性梁动力学模型

研究含随机参数空间柔性梁作大范围运动的动力响应问题。基于虚功原理建立随机参数空间柔性梁动力学模型,利用多项式混沌结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,通过可变秩法获得响应函数展开多项式系数,进而获得柔性梁变形响应量数字特征。以物理、几何参数具有随机性自旋空间柔性梁为例,获得动力响应统计意义下的解,通过与Monte Carlo法结果比较,验证该方法的正确性及有效性。计算结果表明,利用随机参数的动力学模型能客观反映空间自旋柔性梁动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应影响不可忽视。     

高速旋转柔性梁刚柔耦合动力学分析

基于一次近似理论对绕纵轴高速旋转的柔性梁进行动力学分析,考虑了轴向与横向振动之间的耦合作用以及由偏心产生的离心力作用;采用Hamilton原理导出了旋转柔性梁在恒定转速下动力学方程,并采用假设模态法对所得动力学方程进行分析,得出恒定转速下柔性梁一次近似模型与零次近似模型动力学响应。二者对比表明柔性梁在低速旋转时刚柔耦合项影响较小,可以忽略,可采用零次近似模型;而在高速旋转时刚柔耦合项影响较大,不可以忽略,应采用一次近似模型以得到较为精确的结果。     

一种基于应变插值大变形梁单元的刚-柔耦合动力学分析

柔性多体系统动力学中的“动力刚化”现象起因于变形间的耦合。一次近似模型成功地解决了小变形情况下的刚柔耦合建模问题,但在大变形情况下则需要考虑更多的耦合效应。本文选取表征梁弯曲应变的曲率和轴向应变作为单元参数进行离散;在大变形大转动基础上得到了单元两端节点运动学参数的递推关系,构造出了能够自动计及“动力刚化项”且适用于大变形刚柔耦合动力学分析的平面梁单元。最后采用本文所提应变插值单元求解了包含大变形和刚柔耦合动力学柔性梁的数值算例,验证了文中算法的正确性和有效性。     

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。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入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Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

计及变形耦合项的平面柔性梁动力学建模及频率分析

考虑了变形产生的几何非线性效应对作大范围运动的平面柔性梁的影响，在其纵向、横向的变形位移中均考虑了变形的二次耦合变量，从非线性应变-变形位移的原理出发，说明增加耦合变量后。使得剪应变近似为零，由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。考虑两个方向的变形耦合后，采用有限元离散，通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。最后对一作旋转运动的平面柔性梁进行仿真计算，并对其固有频率进行分析研究。将本文模型所得的结论。与一次耦合动力学模型、零次近似模型进行比较，说明了三种模型的差异。得到了作旋转运动的平面柔性梁的一些新特点。     

大范围运动柔性梁动力学分析

针对有偏心、考虑剪切的变截面大范围运动柔性梁，使用有限元方法离散柔性梁，结合非线性变形场得到耦合形函数；在此基础上得到动力学方程，仿真算例验证了有限元离散的有效性和耦合形函数的正确性。     

气浮台-薄板刚-柔耦合系统动力学建模和实验研究

本文对气浮台和大变形薄板多体系统动力学建模理论和实验方法进行研究。基于非线性应变和位移关系,从曲率的精确表达式出发,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的动力学变分方程。考虑结构阻尼,建立了气浮台和大变形薄板多体系统的动力学方程。利用非接触式的运动测量仪测量特征点的速度和气浮台的角速度,利用应变仪测量特征点的应变,通过理论和实验结果的数值对比验证了本文几何非线性动力学模型的正确性。     

旋转柔性圆盘的气-固耦合振动

研究了旋转柔性圆盘与周围气膜之间的耦合振动问题.首先给出了基于润滑理论考虑了柔性圆盘振动影响的气膜压力分布的Reynolds方程,以及考虑了盘的旋转离心力、弯曲刚度和气膜压力影响的旋转柔性圆盘的运动方程,然后用有限元对气膜压力方程及旋转柔性圆盘的运动方程进行了离散化,用数值方法求解了旋转柔性圆盘运动与气膜压力的耦合方程,研究了旋转柔性圆盘的气-固耦合振动特性,讨论了周向静载荷的大小、载荷施加位置和气膜厚度对旋转柔性圆盘振动响应的影响.结果表明,周向静载荷的位置对旋转柔性圆盘的振动有很大的影响.一般情况下,周向静载荷越靠近盘的外缘,柔性盘的振动就越大;气膜越厚,柔性盘的振动越大.     

柔性机械臂非线性动力学模型及控制的研究

针对轴向不伸长的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁，采用假设模态法，根据能量一致性原理，利用变形约束方程和小变形假设条件，对带有末端荷载的柔性机械臂，推导出考虑动力刚化（ＤｙｎｍａｉｃＳｔｉｆ－ｅｎｉｎｇ）影响的柔性机械臂有限维一致线性化动力学方程。为实现柔性机械臂关节转角运动轨迹的精确跟踪，采用基于输入输出部分线性化的控制方法设计非线性控制器，对该非线性动力学模型进行解耦并产生理想关节转角运动轨迹的控制输入。采用线性系统最优状态反馈控制规律设计弹性模态稳态器抑制弹性体的振动。数值仿真验证了该控制策略的有效性。     

支承运动情况下旋转梁的刚-柔耦合振动分析

利用哈密顿原理建立了支承运动情况下旋转梁的刚-柔耦合振动非线性动力学方程组及边界条件。根据假设模态法，利用边界条件以及模态函数的性质，得到一组模态坐标与刚性角位移耦合时变系数常微分方程，运用数值方法比较了非耦合和耦合时刚性角位移的结果，计算了梁的动力响应并分析了模态截断的影响，最后运用梁端部弹性振动的相轨迹分析了该时变系统的稳定性。     

大运动柔性梁非线性动力响应分析

分析了发生横、纵振动的大运动梁的非线性动力响应,引用梁横向和纵向振动的精确模态描述变形场,利 用拉格朗日方程建立了运动梁刚柔耦合非线性动力学方程。该非线性方程自动计及了动力刚化的影响。基于Newmark 直接积分法和Newton Raphson迭代法,给出了求解该非线性方程的数值方法。仿真算例证明了本文方法的正确性和有 效性。     

高斯光束到光纤的单透镜耦合

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率.模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系.并利用532mn激光(M2≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果.     

挠性结构系统的变量与模态耦合测度

本文研究了具有非对称性质的线性二阶矩阵系统Mq+Cq+Kq=f的耦合测度问题.利用复模态分析理论,导出系统状态变量、控制变量和观测变量与模态的耦合测度矩阵,以定量地描述系统的耦合特性,同时讨论了它们在挠性结构系统模态控制中的应用.最后给出一个实际算例.     

关于两端固定轴向运动梁的横向振动

研究两端固定轴向运动梁的横向振动。导出了系统的频率方程，提出了求解该非显式表达的非线性超越方程的数值算法，得到了固有频率和模态函数。     

钛合金材料在挠性联轴器设备上的应用

随着国内外钛合金材料的发展,钛材在舰船挠性联轴器设备上的应用也越来越广泛。本文以膜盘及筒形联轴器为例,分析了挠性联轴器采用钛合金材料的原因,以及加工中应注意的问题,同时剖析了挠性联轴器发展对钛合金材料的需求及存在的问题,为今后钛合金材料在舰船挠性联轴器上的应用提供一些建议和参考。     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.     

传递函数法在非局部弹性梁动力学分析中的应用

采用传递函数方法进行了非局部弹性梁的动力学分析。非局部弹性梁内一点的应力与梁某一区域内任意一点的应变均有关系。本文基于Eringen的非局部弹性积分型本构关系,采用幂指数型核函数,利用Laplace变换导出梁的四阶偏微分形式振动方程,通过定义状态向量,将控制方程化为一阶微分方程组,并采用传递函数方法进行了求解,针对两种边界条件给出了非局部弹性梁的固有频率和固有振型。结果表明,同阶频率下,非局部弹性梁的频率比局部梁的频率低,振型基本一致。     

具有刚性运动基的柔性结构振动主动控制

针对具有刚性运动基的柔性板结构的振动主动控制进行了研究。建立了包含压电机敏元件的、具有刚性转动体与二维柔性板的、刚柔耦合系统的振动数学模型;获得了系统的状态方程、传感方程与反馈控制方程,根据输出反馈控制原理,求得了反馈增益矩阵,在此基础上进行了实验研究,实验结果证明了理论研究的合理性和有效性。