对于具有大范围运动和非线性变形的柔性梁的有限元动力学建模

研究具有大范围运动和非线性变形的柔性梁的有限元动力学建模.采用有限元方法对梁结构进行离散,利用Lagrange方程建立系统的精确动力学方程.该方程不仅增加了新的表征纵向、横向、侧向弯曲变形,以及扭转变形的耦合项,同时包含了变形运动与大范围运动之间的相互耦合项.     

平面柔性梁的刚-柔耦合动力学特性分析与仿真

针对大范围运动规律为未知的刚-柔耦合系统研究其动力学特性.利用有限元方法对柔性梁进行离散,采用Lagrange方程建立平面柔性梁的刚-柔耦合动力学方程,研究在大范围运动为自由情况下,平面柔性梁的大范围运动和变形运动的相互耦合机理,比较零次模型、一次耦合模型及精确模型的差异,探讨各种模型的适用性. 关键词： 平面柔性梁 刚-柔耦合系统 动力学特性 分析与仿真     

非惯性系下考虑剪切变形的柔性梁的动力学建模

研究非惯性坐标系下考虑剪切变形的柔性梁的动力学建模. 首先借鉴Euler-Bernoulli梁的几何非线性变形模式,考虑了Timoshenko梁弯曲以及剪切变形产生的几何非线性效应对纵向、横向变形位移的影响,在考虑两个方向的变形耦合项后,利用有限元法对柔性梁进行了离散,采用Lagrange方程建立了柔性梁的动力学模型,首次建立了包含变形二次耦合量的Timoshenko梁的动力学方程. 关键词： 非惯性坐标系 剪切变形 柔性梁 动力学建模     

基于绝对节点坐标法的大变形柔性梁几种动力学模型研究

对在平面内大范围转动的大变形柔性梁动力学进行了研究, 基于绝对节点坐标法建立了一种新的大变形柔性梁的非线性动力学模型. 该动力学模型中考虑了柔性梁的轴向拉伸变形和横向弯曲变形, 利用Green-Lagrangian应变张量计算柔性梁的轴向应变及应变能, 利用曲率的精确表达式计算柔性梁的横向弯曲变形能. 运用拉格朗日恒等式给出了柔性梁横向弯曲变形能新的表达式, 该变形能表达式更加简洁, 通过新的变形能表达式得到了新的弹性力模型, 由此得到的动力学方程可以精确地描述柔性梁的几何大变形问题. 通过与高次耦合模型以及ANSYS中BEAM188非线性梁单元模型的比较, 验证了本模型在计算大变形时的正确性以及高次耦合模型在处理大变形问题时的不足. 进一步研究发现, 新的广义弹性力模型可以适当地简化, 给出了两种简化模型, 根据不同模型的计算效率以及计算精度的比较确定了不同模型的适用范围.     

具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁在非惯性坐标系下的动力学分析

本文针对具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁, 导出其在运动规律已知的非惯性坐标系下的动力学方程. 通过计算分析, 发现在本文精确模型下, 其各矩阵项较原来的一次耦合模型增加了两类耦合项. 通过仿真研究, 发现由于这两类耦合项的作用造成了附加刚度项K₁、动力刚度项K_d 的变化, 而刚度项对结构的动力学特性具有较大的影响.     

基于无网格点插值法的旋转悬臂梁的动力学分析

将基于多项式点插值的无网格方法用于旋转悬臂梁的动力学分析. 利用无网格点插值方法对柔性梁的变形场进行离散, 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方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程. 与有限元法相比, 该方法只需节点信息, 无需定义单元, 具有前处理简单的优势; 构造的形函数采用更多的节点插值, 具有高阶连续性. 将无网格点插值方法的仿真结果与有限元和假设模态法进行比较分析, 验证了该方法的正确性, 并表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性.     

旋转柔性悬臂梁动力学的Bezier插值离散方法研究

在旋转柔性梁变形场描述中,引入Bezier插值离散方法.首先构建旋转运动悬臂梁物理模型,接着采用第二类Lagrange动力学方程和Bezier插值离散方法,在计入柔性梁横向弯曲变形引起的纵向缩短的情况下,推导了旋转柔性梁的刚柔耦合动力学方程,并编制旋转柔性梁的动力学仿真软件,然后通过仿真算例对系统的动力学问题进行研究.最后将仿真结果与有限元法、假设模态法进行分析比较,验证了提出的Bezier插值离散方法的正确性,并得出Bezier插值离散法的计算效率较高;计算精度符合工程实际需要,高速时计算精度大于假设模态法;Bezier插值离散方法在处理大柔性问题时比假设模态法合理.因此在多体系统动力学领域具有优良性能和应用价值的Bezier插值离散方法将具有推广价值.     

柔性杆与凸轮斜碰撞特性分析

在计入柔性杆横向变形及其二阶耦合量的条件下,利用Hamilton最小作用原理建立柔性杆与凸轮斜碰撞系统的动力学方程,提出了柔性杆与凸轮碰撞点的确定方法,实现了柔性杆自由下落后的碰撞前、碰撞过程和碰撞后3个阶段的动力学行为仿真.通过分析柔性杆的碰撞运动规律,发现杆的柔性、大范围运动和碰撞三者间存在耦合,碰撞后柔性杆的转角随时间波动变化,转角波动的幅值随时间增大总趋势在减小,但规律性较差.     

旋转内接悬臂梁的刚柔耦合动力学特性分析

对固结于旋转刚环上内接柔性梁的刚柔耦合动力学特性进行了研究. 在精确描述柔性梁非线性变形基础上, 利用Hamilton变分原理和假设模态法, 在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形二阶耦合量的条件下, 推导出一次近似耦合模型. 忽略柔性梁纵向变形的影响,给出一次近似简化模型,引入无量纲变量, 对简化模型做无量纲化处理. 首先分析在非惯性系下内接悬臂梁的动力学响应, 并与外接悬臂梁进行比较; 其次研究内接悬臂梁的稳定性;最后分析内接悬臂梁失稳临界转速的收敛性. 研究发现, 与外接悬臂梁存在动力刚化效应不同,内接悬臂梁存在着动力柔化效应; 给出了内接悬臂梁无条件稳定的临界径长比以及失稳的临界转速的计算方法; 若第一阶固有频率随转速增大而减小,则该内接悬臂梁处于有条件稳定; 随着模态截断数的增加,内接悬臂梁失稳的临界转速减小且有收敛值. 关键词： 内接悬臂梁 一次近似简化模型 动力柔化 临界转速     

大展弦比气弹机翼柔性非线性变形的气动力效应分析与风洞试验

从飞行器刚弹耦合动力学模型出发，引入柔性机翼准定常假设，建立大柔性飞行器非线性静气动弹性气动力方程，利用非线性迭代求解思路模拟了柔性飞行器的静气动弹性响应行为，开展了大展弦比飞机静气动弹性风洞试验验证，采用气动力有限基本解与机翼的耦合计算，发现了大柔性飞机大变形状态下载荷及结构变形形式随风速的变化规律.传统基于小变形假设的线性分析方法和刚体分析由于无法考虑气动面随结构变形的曲面气动力因素和结构变形后的非线性刚度特性，均与风洞试验存在一定的误差.对于大展弦比柔性飞机的非线性静气动弹性分析十分必要.      

基于旋转场曲率的二维剪切梁单元建模

对二维剪切梁单元进行研究,利用平面旋转场理论推导了精确曲率模型.采用几何精确梁理论构建了剪切梁单元弹性力矩阵.通过绝对节点坐标方法建立了系统的非线性动力学方程,提出基于旋转场曲率的二维剪切梁单元,并分别引入经典二维剪切梁单元和基于位移场曲率的二维剪切梁单元进行比较研究.首先,静力学分析证明了所提模型的正确性;其次,特征频率分析验证了模型可与理论解符合,收敛精度高,并且能准确地预测单元固有频率对应的振型;最后,在非线性动力学问题上,通过与ANSYS结果对比分析,证明了该模型可有效处理柔性大变形问题,并且与经典二维剪切梁单元相比具有缓解剪切闭锁的优势.因此,本文提出的基于旋转场曲率的二维剪切梁单元在处理几何非线性问题中具有较大的应用潜力.