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相似文献
 共查询到17条相似文献,搜索用时 670 毫秒
1.
圆截面弹性螺旋杆的稳定性与振动   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
刘延柱  盛立伟 《物理学报》2007,56(4):2305-2310
基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性螺旋杆的动力学问题.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系,建立用欧拉角描述的弹性杆动力学方程.讨论其在端部轴向力和扭矩作用下保持的无扭转螺旋线平衡状态.在静力学和动力学领域内讨论其平衡稳定性问题.还讨论了弹性杆平衡的Lyapunov稳定性和欧拉稳定性两种不同稳定性概念之间的区别和联系.在一次近似意义下证明了螺旋杆在空间域内的欧拉稳定性条件是时域内Lyapunov稳定性的必要条件.导出了解析形式螺旋杆三维弯曲振动的固有频率,为螺旋线倾角和受扰挠性线波数的函数. 关键词: 弹性螺旋杆 Kirchhoff动力学比拟 Lyapunov稳定性 欧拉稳定性  相似文献   

2.
超细长弹性杆动力学的Gauss原理   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
薛纭  翁德玮 《物理学报》2009,58(1):34-39
研究基于Gauss 变分的超细长弹性杆动力学建模的分析力学方法.分别在弧坐标和时间的广义加速度空间定义虚位移,给出了非完整约束加在虚位移上的限制方程;建立了弹性杆动力学的Gauss原理,由此导出Kirchhoff方程、Lagrange方程、Nielsen方程以及Appell方程;对于受有非完整约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程;建立了弹性杆截面动力学的Gauss最小拘束原理并说明其物理意义. 关键词: 超细长弹性杆动力学 分析力学 Gauss变分 最小拘束原理  相似文献   

3.
崔建新  高海波  洪文学 《物理学报》2009,58(11):7426-7430
基于Kirchhoff的动力学比拟,用动力学的概念和方法研究圆截面弹性杆的Hamilton函数和方程,并给出弹性杆的Mei对称性定义和定理以及定理的证明,最后给出弹性杆动力学系统的Mei对称性导致Noether守恒量的条件及定理,并给出算例. 关键词: 超细长弹性杆 Mei对称性 Noether守恒量  相似文献   

4.
刘延柱  薛纭 《物理学报》2009,58(9):5936-5941
基于弹性杆的Kirchhoff模型讨论受拉扭弹性细杆的超螺旋形态.导出细长螺旋杆的等效抗弯和抗扭刚度.分析受拉扭弹性细杆的稳定性和分岔,且利用等效刚度概念将弹性杆的稳定性条件应用于对细长螺旋杆稳定性的判断.在扭矩不变条件下增加拉力至极限值时,直杆平衡状态失稳转为螺旋杆状态.继续增加拉力,直螺旋杆平衡状态失稳卷绕为超螺旋杆.从而对Thompson/Champney实验中受拉扭弹性细杆形成超螺旋形态的多次卷绕现象作出定性的理论解释. 关键词: 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 等效刚度 超螺旋形态  相似文献   

5.
Kirchhoff弹性杆动力学建模的分析力学方法   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
薛纭  刘延柱  陈立群 《物理学报》2006,55(8):3845-3851
以杆的横截面为研究对象,讨论了其自由度,给出了截面虚位移定义,并定义变分和偏微分运算对独立坐标服从交换关系. 给出了曲面约束的基本假设,讨论了约束对截面自由度的影响以及加在虚位移上的限制方程. 从D'Alembert原理出发结合虚功原理,建立了弹性杆动力学的D'Alembert-Lagrange原理,当杆的材料服从线性本构关系时,化作Euler-Lagrange形式、Nielsen形式和Appell形式. 由此导出了Kirchhoff方程以及Lagrange方程、Nielsen方程和Appell方程,得到 关键词: 超细长弹性杆 分析力学方法 Kirchhoff动力学比拟 变分原理  相似文献   

6.
Kirchhoff弹性直杆在力螺旋作用下的稳定性   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
薛纭  刘延柱 《物理学报》2009,58(10):6737-6742
研究受力螺旋作用的圆截面Kirchhoff弹性直杆在各种边界条件下的稳定性问题. 用直角坐标和Cardano角表示截面的形心位置和姿态. 由Kirchhoff方程得到弹性细杆的直线平衡特解,导出线性化扰动方程及其通解. 根据边界条件确定积分常数的非零解存在条件,讨论了各种边界条件,如两端铰支、两端固定、一端铰支一端固定以及一端固定一端自由的弹性细杆直线平衡状态的稳定性,导出了临界载荷的表达式,绘制了稳定域,将Greenhill公式推广到其他边界条件,并且使压杆的Euler 公式成为其特例. 关键词: Kirchhoff弹性杆 稳定性 力螺旋 Greenhill公式  相似文献   

7.
弹性细杆平衡的动态稳定性   总被引:11,自引:0,他引:11       下载免费PDF全文
刘延柱  薛纭  陈立群 《物理学报》2004,53(8):2424-2428
从动力学观点讨论弹性细杆的平衡稳定性问题.建立了弹性杆的动力学方程,导出了杆的弯扭度与截面角速度之间的运动学关系式.对具有弧坐标s和时间t双重自变量的离散动力系统扩充了Lyapunov 稳定性定义.以具有初扭率的非圆截面直杆的平衡稳定性为例,应用一次近似方法证明了当静力学意义下的稳定性条件得到满足时,动力学意义下的稳定性条件必同时满足. 关键词: 弹性杆动力学方程 Kirchhoff理论 Lyapunov稳定性  相似文献   

8.
黏性介质中圆截面弹性细杆的平面振动   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
刘延柱 《物理学报》2005,54(11):4989-4993
讨论圆截面弹性细杆在黏性介质中的平面振动. 基于Kirchhoff理论,以杆中心线的Frenet坐标系为参考系,建立其动力学方程,杆中心线为任意平面曲线时,其扭转振动与弯曲振动解耦. 讨论两端固定条件下任意形状杆的平面扭转振动,以及无扭转的轴向受压直杆和圆环杆的平面弯曲振动,导出其自由振动频率和阻尼系数. 证明空间域内压杆的Lyapunov稳定性和欧拉稳定性条件为时域内渐近稳定性的充分必要条件,或无阻尼压杆的稳定性必要条件. 圆环杆平衡恒满足渐近稳定性条件. 关键词: 弹性细杆 黏性介质 扭转振动 弯曲振动  相似文献   

9.
黄磊  包光伟  刘延柱 《物理学报》2005,54(6):2457-2462
采用Euler四元数表示的Kirchhoff方程来研究受力挤压作用下的弹性细杆的拓扑构形,进一 步研究弹性细杆的力学性质;将得到的微分方程与约束条件组成微分代数方程后再转化为微 分方程规范形式以便求解;为满足边界条件,应用数值打靶法求解边值条件,并将弹性细杆 在力作用下的拉压过程用Matlab仿真出来.同时对由于误差导致的违约现象进行处理,并针 对欧拉参数的特征,选取合适的修正系数以保持方程的稳定性. 关键词: DNA Euler四元数 Kirchhoff方程 弹性细杆 违约修正  相似文献   

10.
王鹏  薛纭  楼智美 《物理学报》2017,66(9):94501-094501
基于坐标基矢摄动的方法研究了黏性流体中超细长弹性杆动力学稳定性判据与失稳后的模态选择,推导出了黏性介质中超细长弹性杆Kirchoff动力学方程的一阶摄动表示,即线性的二阶偏微分方程组.以平面扭转DNA环为例,说明了以上结果的应用,得到了平面扭转DNA环的稳定性判据及其稳定的临界区域,讨论了其失稳后的模态选择及黏性阻力对其的影响.  相似文献   

11.
用有限元方法研究了三维弹性细杆在扭矩作用下的屈曲.利用自然坐标形式的细长空间曲杆的能量方程和2节点12个自由度的自然坐标形式的三维曲梁单元,采用特征值分析方法,研究分析了同时受有轴力和扭矩作用时的空间弹性细杆的屈曲问题.数值结果与存在的理论解极为吻合.具有一定曲率和挠率的空间细长曲杆,其临界扭矩值与扭矩的指向有着极其明显的关系.  相似文献   

12.
MATLAB diffusion partial differential toolboxes are used to solve the ion diffusion equation under even polygonal boundary conditions, such as square and hexagon, and obtain the dynamic process ion concentration during ion exchange. The exact solutions of the refractive index distribution are proved by the correctness. The ion concentration equation in even polygonal glass rod is calculated by the variable separation and coordinate transformation method. The computation results are in good agreement with the measured ones in the compound eye system.  相似文献   

13.
薛纭  王鹏 《物理学报》2011,60(11):114501-114501
根据Cosserat弹性杆的动力学普遍定理,讨论其守恒量问题. 因弹性杆的动力学方程是以截面为对象,并且是以弧坐标和时间为双自变量,其守恒量必定是以积分的形式给出,分别存在关于弧坐标或时间守恒的问题. 根据弹性杆的动量和动量矩方程,导出其动量守恒和动量矩守恒的存在条件及其表达,并讨论了关于沿中心线弧坐标的守恒问题;再分别根据弹性杆关于时间和弧坐标的能量方程导出了各自的关于时间和弧坐标的守恒量存在条件及其表达, 结果包括了弹性杆的机械能守恒以及平衡时的应变能积分;守恒问题给出了例子. 积分形式的守恒量对于弹性杆动力学的理论分析和数值计算都具有实际意义. 关键词: 守恒量 Cosserat弹性杆 动力学普遍定理 双自变量  相似文献   

14.
In finite element methods that are based on position and slope coordinates, a representation of axial and bending deformation by means of an elastic line approach has become popular. Such beam and plate formulations based on the so-called absolute nodal coordinate formulation have not yet been verified sufficiently enough with respect to analytical results or classical nonlinear rod theories. Examining the existing planar absolute nodal coordinate element, which uses a curvature proportional bending strain expression, it turns out that the deformation does not fully agree with the solution of the geometrically exact theory and, even more serious, the normal force is incorrect. A correction based on the classical ideas of the extensible elastica and geometrically exact theories is applied and a consistent strain energy and bending moment relations are derived. The strain energy of the solid finite element formulation of the absolute nodal coordinate beam is based on the St. Venant-Kirchhoff material: therefore, the strain energy is derived for the latter case and compared to classical nonlinear rod theories. The error in the original absolute nodal coordinate formulation is documented by numerical examples. The numerical example of a large deformation cantilever beam shows that the normal force is incorrect when using the previous approach, while a perfect agreement between the absolute nodal coordinate formulation and the extensible elastica can be gained when applying the proposed modifications. The numerical examples show a very good agreement of reference analytical and numerical solutions with the solutions of the proposed beam formulation for the case of large deformation pre-curved static and dynamic problems, including buckling and eigenvalue analysis. The resulting beam formulation does not employ rotational degrees of freedom and therefore has advantages compared to classical beam elements regarding energy-momentum conservation.  相似文献   

15.
弹性压扭直杆的Greenhill公式对精确模型的推广   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
薛纭  翁德玮 《物理学报》2010,59(12):8330-8334
将圆截面Kirchhoff弹性压扭直杆的Greenhill公式推广到精确模型.基于平面截面假定,在弯扭的基础上增加了拉压和剪切变形,将弹性杆的位形表达为截面的弧坐标历程.由弹性杆精确模型的平衡微分方程,得到了两端受力螺旋作用时对应于直线平衡状态的特解,导出了线性化扰动方程及其通解,再根据两端为铰支时的边界条件以及积分常数存在非零解的条件导出弹性直杆精确模型的Greenhill公式.结果表明,由力螺旋表示的稳定域为一对称的封闭区域,拉压和剪切对稳定性的影响取决于拉压柔度与剪切柔度之差、抗弯刚度和杆长这三个因素.  相似文献   

16.
This rapid communication is concerned with the circular whirling and stability of a model rotor in a synchronous generator under no load, subjected to unbalanced magnetic pull and mass eccentric force. The analysis is focused on the synchronous whirling of the rotor. Based on the existing analytical expression for unbalanced magnetic pull with any pole-pair number, the nonautonomous system of differential equations of motion with parametrically exciting force is transformed to an autonomous one by introducing a rotating coordinate frame. The circular whirlings of the model rotor are thus converted into equilibrium solutions to the autonomous system, which can be obtained by solving a system of polynomial equations with two unknowns only. Furthermore, stability of these equilibrium solutions is determined by applying the linearized stability criterion. An example is used to illustrate the proposed analytical method.  相似文献   

17.
A super thin elastic rod is modeled with a background of DNA super coiling structure, and its dynamics is discussed based on the Jourdain variation. The cross section of the rod is taken as the object of this study and two velocity spaces about are coordinate and the time are obtained respectively. Virtual displacements of the section on the two velocity spaces are defined and can be expressed in terms of Jourdain variation. JourdMn principles of a super thin elastic rod dynamics on arc coordinate and the time velocity space are established, respectively, which show that there are two ways to realize the constraint conditions. If the constitutive relation of the rod is linear, the Jourdain principle takes the Euler-Lagrange form with generalized coordinates. The Kirchhoff equation, Lagrange equation and Appell equation can be derived from the present Jourdain principle. While the rod subjected to a surface constraint, Lagrange equation with undetermined multipliers may be derived.  相似文献   

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