多杆空间柔性机器人递推Lagrange动力学建模和仿真

研究了多杆空间柔性机器人的动力学问题.运用Lagrange方法,结合齐次变换矩阵,推导得到了多杆空间柔性机器人动力学方程,在推导过程中采用了运动学递推策略以提高计算效率.建模时除考虑柔性构件的横向弯曲变形外,还计及了构件的扭转变形.基于上述理论研制了多杆空间柔性机器人动力学仿真软件,并对一空间柔性机器人进行了动力学仿真计算,验证了理论和软件的先进性能.     

大位移Timoshenko转轴三维耦合动力学分析

对于高速柔性转轴,综合考虑滑移、弯曲、剪切变形、旋转惯性、陀螺效应和动不平衡等因素,运用Timoshenko旋转梁理论,给出弹性体空间运动的一般性描述,通过Hamilton原理建立弯曲-扭转-轴向三维耦合非线性动力学方程,应用参数摄动方法和假设振型方法进行化简,并用数值模拟分析了轴向刚性滑移、剪切变形、截面尺寸和转速等因素对转轴动力学响应的影响。     

柔性杆柔性铰机器人动力学分析

研究由N柔性杆和N柔性铰组成的空间机器人的动力学问题．把柔性铰简化成一个线性扭转弹簧,采用假设模态法表示杆件的弹性变形,运用Kane方法对全柔机器人进行动力学建模,推导出完整的系统动力学方程组．通过一个数值仿真算例,验证所做工作的可行性,并分析了柔性效应对机器人动力学响应的影响．     

关于柔性结构动力系统的稳定性与控制

本文考虑了一类具弹性结构的复杂动力学系统的稳定性与控制问题.由于系统的动力学模型为一些常微分与偏微分相互耦合的方程组所描述,且考虑了弹性振动时结构阻尼对运动的影响,从而用传统的方法分析系统的动力学特性时遇到了困难.本文在函数空间中利用泛函分析谱理论与算子半群理论, 论证了系统的解存在、唯一,且适当选取一定的控制之后,能使得系统的弹性振动(包括弯曲振动和扭转振动)指数渐近稳定,亦可保证梁的姿态定位.     

新型空间薄壁梁单元

基于Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件约束扭转理论,建立了具有内部结点的新型空间薄壁截面梁单元．通过对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,考虑了横向剪切变形,扭转剪切变形及其耦合作用,弯曲变形和扭转变形的耦合以及二次剪应力等因素影响,由Hellinger-Reissner广义变分原理,推得单元刚度矩阵．算例表明所建模型具有良好的精度,可用于空间薄壁杆系结构的有限元分析．     

基于特征函数法的大展弦比机翼静气动弹性系统的数值计算与分析

飞行器结构在空气动力作用下会发生弹性变形,这种弹性变形反过来又使空气动力随之改变,由此形成气动弹性现象.一般来说,大展弦比机翼气动弹性分析需同时考虑扭转变形、弯曲变形及其相互耦合的效应.重点放在前者,即研究大展弦比机翼静气动弹性扭转发散问题,具有模型简单、更适合于机理分析.借助于特征值理论,针对“杆-梁”机翼模型分析机翼展向攻角的变化规律,探察数值模态解与理论解之间的差异.算例试验表明,特征值问题的理论发散解与事实不符,不能应用于工程实践.建议从展向攻角分布规律中寻找发散速度解.此外,计算后的攻角分布可为载荷重新分布等后续问题研究提供参考.     

基于广义弹性理论的微梁固有频率及模态的尺寸效应

经典弹性理论在近代工程技术中得到广泛应用,但其本构关系中不包含任何与尺寸相关的参数,因此不适用于微观结构,不能预测和解释尺寸效应.广义弹性理论增加了偶应力及其对应的曲率张量,完善了对小变形的几何描述,适用于微结构的尺寸效应研究.该文采用广义弹性理论,并结合Hamilton变分原理推导了悬臂微梁的振动微分方程,对微梁的固有频率及其模态进行了分析.结果表明,随着微梁厚度的不断减小,固有频率的尺寸效应与其对应的模态密切相关.扭转和弯曲模态包含了旋转变形,其对应的固有频率显著提高,表现出了显著的尺寸效应;而拉压模态不涉及旋转变形,固有频率未产生明显变化,没有尺寸效应.     

Cosserat生长弹性杆动力学的Gauss最小拘束原理

以自然界中具有生长、变形和运动特征的细长体为背景,用经典力学中的Gauss最小拘束原理研究生长弹性杆的动力学建模问题.在为生长弹性杆动力学建模提供新方法的同时,扩大了Gauss原理的应用范围.以Cosserat弹性杆为对象,分析弹性杆生长和变形的几何规则,表明生长应变和弹性应变是非线性耦合的;本构方程给出了截面的内力与弹性变形的线性关系;利用逆并矢,将经典力学中的Gauss原理和Gauss最小拘束原理用于生长弹性杆动力学,得到等价的两种表现形式,反映了时间和弧坐标在表述上的对称性,由此导出了封闭的动力学微分方程.给出了两种形式的最小拘束函数,表明生长弹性杆的实际运动使拘束函数取驻值,且为最小值.最后讨论了生长弹性杆的约束与条件极值等问题.     

考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形样条有限点法

研究了杆系结构考虑几何非线性的大挠度弯曲变形问题,推算并验证了一种考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形计算新方法.以三次B样条函数为基函数,采用广义参数法,构造出梁的样条基函数,通过最小势能原理,建立了杆系结构考虑几何非线性的刚度方程,对处于弹性范围内的杆系结构的大变形弯曲问题进行了计算,提出了考虑几何非线性时杆系结构弯曲变形计算的样条有限点法.结果表明:方法不用进行单元坐标变换、划分等分数少、收敛速度快且计算精度较高,是一种较传统有限元法更简单且可行的方法.     

正交各向异性体梁弯曲的弹性理论

本文由文献[1]横观各向同性板的弯曲弹性理论关于二维问题的特例,通过比拟,得到了正交各向异性梁弯曲的弹性理论,文中给出了求解正交各向异性梁弯曲问题的一种方法.提出了一种新的深梁理论,并指出了考虑横向剪切变形影响的Reissner理论对于应力分量的近似程度较差.