大范围运动刚体-柔性梁刚柔耦合动力学分析

对自由大范围运动情况下刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性进行了研究.考虑系统作平面大范围运动及柔性梁的纵向和横向变形,在纵向变形位移中计及横向弯曲引起的轴向缩短,即耦合变形项.采用假设模态法对柔性梁进行离散,运用拉格朗日方程推导出系统刚柔耦合动力学方程.分大范围运动为转动、平动,平面运动进行了动力学仿真,重点探讨了大范围平动下的刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性.首先研究了系统在外界激励作用下的耦合动力学,其次分析了已知大范围平动对柔性梁小变形运动的影响.结果表明:零次近似模型不能反映大范围平动和柔性梁小变形运动之间的耦合作用;在不同的大范围平动加速度下,柔性梁中既可存在动力刚化效应,也可存在动力柔化效应.     

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。     

柔性梁的刚-柔耦合动力学特性研究

该文研究在大范围运动是自由的情况下柔性梁的刚－柔耦合动力学特征，从连续介质力学理论出发，在纵向变形位移中计及了耦合变形量，用Jourdain速度变分原理导出了柔性梁的刚－柔耦合动力学方程，用频谱分析方法对带中心刚体的悬臂梁进行动力学分析表明，柔性梁的系统一阶固有频率低于把梁视作刚体的系统固有频率wr，频率的差异随着wr，增大而增加，在初始条件一定的情况下，系统的二阶固有频率随着wr增大而增高，揭示了大范围运动和变形运动的相互耦合的特征。     

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。     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析

摘要：研究了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统在参数具有随机性时作大范围运动的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形位移响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明：利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

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。     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析EI北大核心CSCD

研究了带有附加质量的旋转柔性梁系统在参数具有随机性时的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明:利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

轴向运动功能梯度悬臂梁动力学分析

针对轴向运动悬臂梁振动会影响系统的安全性、稳定性问题,对功能梯度悬臂梁振动特性进行分析,利用广义哈密尔顿原理及假设模态法导出系统动力学方程。结果表明,功能梯度悬臂梁的横向位移与轴向位移耦合,功能梯度材料在厚度方向按体积分数函数呈指数变化,且梁自由端有集中质量块。并讨论材料指数及末端集中质量大小对振动影响,分析梁在伸展、收缩时的运动特性。所得结论可为类似结构的动力学分析、设计提供依据。     

带轴向运动柔性梁附件航天器的刚-柔耦合动力学分析

针对当前航天器面向大型化、复杂化和精密化方向发展,为了提高航天器的使用寿命、运行精度和工作效率,考虑航天器主体和轴向运动柔性梁的刚-柔耦合作用是十分有必要的。基于Euler-Bernoulli梁理论以及刚-柔耦合建模方法,建立了航天器主体-轴向运动柔性梁刚-柔耦合系统的动力学模型。根据Hamilton原理推导出刚-柔耦合系统的动力学方程,采用分离变量法和振型叠加法求解耦合系统的动力学方程。利用四阶Runge-Kutta法进行数值计算。通过数值算例分析航天器主体半径、航天器主体面密度和柔性梁轴向速度对柔性梁横向振动以及对航天器姿态角的影响。     

带有移动末端执行器的柔性机械臂的动力学分析

为了分析带有移动末端执行器的柔性机械臂的振动特性,将该系统建模成一个带有移动质量的在竖向平面内作伸缩和旋转运动的柔性悬臂梁。为了方便研究,引入了两个坐标系:随悬臂梁旋转的局部坐标系和固定不动的整体坐标系;结构在局部坐标系下的物理量转化到整体坐标系中,并给出总动能和总势能,利用拉格朗日方程和假设模态法导出了结构的动力学方程;当机械臂以匀速旋转时,系统动力学方程为线性;当机械臂变速旋转时,系统动力学方程为非线性;通过数值算例分析了机械臂和移动末端执行器在不同运动状态下的动力响应;此外还讨论了移动末端执行器和机械臂间的摩擦力对机械臂振动特性的影响。所得结论为相关机器人及其装备的设计提供了理论依据。     

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。     

横向有限应变对部分浸入水中平面运动柔性梁的非线性振动响应的影响

基于Hamilton原理,根据克希霍夫假设以及拉格朗日函数,得到部分浸入水中柔性梁的大挠度条件下的运动方程和边界条件。在运动方程和边界条件的推导过程中,考虑了横向有限变形,并运用格林应变张量表示非零的应变张量分量。然后,应用中心差分法对方程进行数值处理,研究不同涡旋脱落荷载作用下,横向有限应变对结构振动响应的影响。结果表明,涡旋脱落荷载超过一定幅值后,横向有限应变的影响比较明显,不应忽略。     

A TORSIONAL SPRING-LIKE BEAM ELEMENT FOR THE DYNAMIC ANALYSIS OF FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEMS

A new finite element beam formulation for modelling flexible multibody systems undergoing large rigid-body motion and large deflections is developed. In this formulation, the motion of the ‘nodes’ is referred to a global inertial reference frame. Only Cartesian position co-ordinates are used as degrees of freedom. The beam element is divided into two subelements. The first element is a truss element which gives the axial response. The second element is a torsional spring-like bending element which gives the transverse bending response. D'Alembert principle is directly used to derive the system's equations of motion by invoking the equilibrium, at the nodes, of inertia forces, structural (internal) forces and externally applied forces. Structural forces on a node are calculated from the state of deformation of the elements surrounding that node. Each element has a convected frame which translates and rotates with it. This frame is used to determine the flexible deformations of the element and to extract those deformations from the total element motion. The equations of motion are solved along with constraint equations using a direct iterative integration scheme. Two numerical examples which were presented in earlier literature are solved to demonstrate the features and accuracy of the new method.     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。     

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。     

Constant cross section calibration beam for setting resistance strain gauges to normalized biaxial deformations

The distribution of longitudinal and transverse deformations was studied on the surface of a bent calibration beam of rectangular cross section to find the axial and transverse sensitivity of resistance strain gauges mounted on the beam surface along and across its axis. Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 5, pp. 35–39, May, 1998.     

钎焊蜂窝铝板侧压变形模式分析研究

研究了钎焊蜂窝铝板侧压试验以及侧压变形模式,结果表明,钎焊蜂窝铝板的纵向侧压强度高于横向侧压强度;钎焊铝蜂窝板纵向和横向侧压变形均经历弹性变形、塑性变形和整体失稳3个阶段;在塑性变形阶段,纵向侧压时与双层壁板相焊合的面板区域轴向内凹,发生蜂格内酒窝型屈曲,横向侧压时与单层壁板相焊合的面板区域轴向外凸,发生蜂窝芯子剪切皱折失稳,纵、横向变形模式与内部蜂窝芯排列方式相关.     

多体系统斜碰撞动力学中的结构柔性效应

本文针对重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,建立起系统含碰撞的一致线性化的动力学方程。根据Ｈｅｒｔｚ接触理论和线性切线接触刚度建立碰撞接触模型。针对结构不同刚度的情况进行了仿真计算,由仿真算例的计算结果可以看出,结构的柔性对碰撞过程中的微运动具有明显的作用,同时对降低由于碰撞而引起的能量损耗和减少碰撞作用力起到一定的效果。