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相似文献
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1.
曹津瑞  鲍四元 《力学季刊》2019,40(2):392-402
基于非局部理论,研究弹性杆在任意边界约束条件下的纵向振动特性.根据Chebyshev 谱级数建立非局部弹性杆的纵向位移形式.在杆的两端引入纵向约束弹簧,通过设置弹簧刚度系数,模拟经典边界及弹性边界.建立非局部杆的能量表达式,由瑞利-里兹法得到齐次线性方程组,求解对应的矩阵特征值与特征向量问题获得非局部杆的固有频率和振型.通过数值仿真计算,研究非局部特征系数与边界约束条件对非局部杆振动频率的影响.结果表明本文方法合理简便,具有良好的精度,且适用于任意弹性边界条件.  相似文献   

2.
超细长弹性杆的分析力学问题   总被引:5,自引:0,他引:5  
薛纭  刘延柱  陈立群 《力学学报》2005,37(4):485-493
超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型,其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点.虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上,用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献,但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论.本文研究了超细长弹性杆分析力学的若干基础性问题.对杆截面的自由度、虚位移、约束方程及约束力等基本概念给出严格的定义和表达式.建立弹性杆平衡的D’Alembert-Lagrange原理、Jourdain原理和Gauss原理;从D’Alembert-Lagrange原理导出Hamilton原理.从变分原理出发导出Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程和Hamilton正则方程;对于受约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程.讨论了Lagrange方程的首次积分.对于杆中心线存在尖点的情形,导出了微段杆平衡的近似方程。  相似文献   

3.
轴向受压螺旋杆的平衡稳定性   总被引:4,自引:0,他引:4  
在Kirchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Euler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Euler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果.根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件.但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Euler稳定性.导出临界载荷和临界扭转数的计算公式.螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角:螺旋角趋近于π/2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Euler载荷一致.文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释.  相似文献   

4.
基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性细杆的平面振动.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系建立动力学方程.杆作平面运动时,其扭转振动与弯曲振动解耦.讨论任意形状杆的扭转振动和轴向受压直杆在无扭转条件下的弯曲振动,证明直杆平衡的静态Lyapunov稳定性与欧拉稳定性条件为动态稳定性的必要条件.考虑轴向力和截面转动惯性效应的影响,导出弯曲振动的固有频率.  相似文献   

5.
对“关于‘弹性杆热膨胀屈曲特性分析’一文的讨论”的答复@陈建康¥扬州大学对“关于‘弹性杆热膨胀屈曲特性分析’一文的讨论”的答复陈建康(扬州大学,扬州225000)吴敬东同志对文[1]进行了讨论,笔者表示欢迎.经核查,文[1]的理论分析与公式推导是正确的,但...  相似文献   

6.
????? 《力学与实践》1997,19(6):47-47
对“关于‘弹性杆热膨胀屈曲特性分析’一文的讨论”的答复@陈建康¥扬州大学对“关于‘弹性杆热膨胀屈曲特性分析’一文的讨论”的答复陈建康(扬州大学,扬州225000)吴敬东同志对文[1]进行了讨论,笔者表示欢迎.经核查,文[1]的理论分析与公式推导是正确的,但...  相似文献   

7.
弹性杆的大变形分析及全国数模大赛题的解答   总被引:1,自引:1,他引:0  
利用Timoshenko关于弹性压杆的大变形理论对细长弹性杆两端的轴向压力与杆件最大挠度之间关系给出了较详细的解答,同时解答了2010年全国数学建模大赛题目.  相似文献   

8.
王超  鲍四元  沈峰 《力学季刊》2023,(3):592-603
针对跨内含支撑的杆和变截面阶梯杆的弹性屈曲问题,提出一种分段作屈曲分析再叠加重组的分析方法.首先在杆两端引入横向和旋转弹簧,用以模拟弹性边界条件.其次建立两端弹性约束杆屈曲方程的通用形式,并通过屈曲方程求得几种边界约束杆端部弹性刚度因子的解析表达式.最后,建立拆分杆段连接处的平衡方程和协调条件,综合杆段的屈曲方程和节点的补充刚度条件得到整个杆件的屈曲方程,从而求得临界力.本文还提出一种基于泰勒展开求解屈曲特征方程近似根的方法.算例中将本方法所得结果与既有文献和有限元软件计算结果对比,验证本方法的适用性和准确度.所提方法属于解析方法,得到简洁、严密和易用的解析公式,可为多跨结构和变截面杆件的屈曲分析提供新参考.  相似文献   

9.
应用Kirchhoff比拟讨论Kovalevskaya情况弹性细杆的平衡稳定性问题.导出Kirchhoff方程的解析积分.对于杆截面的主轴与Frenet坐标轴重合的无扭转杆的特殊情形作定性分析,讨论其平衡状态的稳定性与分岔.证明了判断受拉扭作用的圆截面直杆平衡稳定性的Greenhill公式也适用于Kovalevskaya情形的非圆截面杆.  相似文献   

10.
采用动态光弹性方法,对应力波在杆-杆和板-板双材料连接界面上的反射和透射传播规律展开研究.通过对双材料粘接模型施加冲击载荷作用,采集和分析等差线条纹,计算出最大剪应力值.对于两种试验模型应力波在界面上都以透射为主,对应力波的阻隔作用不明显,这与接触式界面对应力波有较强的阻隔作用有较大区别,在应用界面减弱应力波的作用时应注意区分.试验结果与理论计算结果基本保持一致,并由此证明采用动态光弹性法研究应力波在界面上传播规律的可行性.  相似文献   

11.
薛纭  刘延柱 《力学季刊》2006,27(4):550-556
作为DNA的力学模型,依据Kirchhoff动力学比拟思想建立的弹性细杆的分析力学方法已从静力学深入到动力学。由于静力学平衡微分方程与刚体动力学相当,因此,弹性细杆动力学的分析力学方程必是以弧坐标和时间为双自变量的偏微分方程。以横截面的形心速度以及弯扭度和角速度沿主轴的分量为准速度,定义了准坐标,导出了准坐标的微分和变分运算的交换关系。从Hamilton原理出发,利用准坐标的微分和变分运算的交换关系,导出了Kirchhoff弹性杆动力学准坐标下的Boltzmann-Hamel方程,并由此导出Lanrange方程。指出了Boltzmann-Hamel方程显式即为弹性杆动力学的Kirchhoff方程。定义关于弧坐标和时间的正则变量和Hamilton函数,导出Boltzmann-Hamel方程的正则形式。本文结果是以弹性杆静力学和刚性杆动力学为其特例。作为例子,建立了垂挂的在重力作用下作平面运动的弹性细杆的动力学微分方程以说明本文方法的应用。  相似文献   

12.
受圆柱面约束螺旋杆伸展为直杆的动力学分析   总被引:1,自引:1,他引:0  
刘延柱  薛纭 《力学学报》2011,43(6):1151-1156
以大型空间结构的可伸展机械臂从折叠状态被释放的伸展过程为工程背景, 分析受圆柱面单面约束的弹性螺旋杆在惯性力作用下恢复为直杆的动力学过程. 对弹性杆空间大变形的分析不允许利用小变形假设进行简化. Kirchhoff动力学比拟理论是研究细长弹性杆超大变形的有效工具. 但由于圆柱面约束的存在, 不能直接利用无分布力的Kirchhoff 模型, 而必须在方程中增加分布的约束力. 以表述截面姿态的欧拉角为变量, 建立受圆柱面约束弹性杆的动力学方程. 在圆柱面约束条件下, 认为弹性杆在伸展过程中仍维持半径不变的螺旋线形态, 仅螺旋线倾角和杆的扭率随时间变化. 对简化后的非线性微分方程导出解析积分, 以描述伸展运动的动力学过程, 导出螺旋杆伸展速度的变化规律, 以及从初始状态伸展为直杆所需时间的简明的解析形式计算公式.   相似文献   

13.
A thin elastic rod is considered on a plane. The free shape of the rod is described by a periodic curve. It is shown that, under constant loads, its equilibrium shape tends to the equilibrium shape of a thin rectilinear rod when the frequency of the function describing the free shape increases infinitely. The problem under study is solved on the basis of modeling the three-dimensional shapes of circular DNA molecules by a thin rectilinear elastic rod.  相似文献   

14.
Helical equilibrium of a thin elastic rod has practical backgrounds, such as DNA, fiber, sub-ocean cable, and oil-well drill string. Kirchhoff's kinetic analogy is an effective approach to the stability analysis of equilibrium of a thin elastic rod. The main hypotheses of Kirchhoff's theory without the extension of the centerline and the shear deformation of the cross section are not adoptable to real soft materials of biological fibers. In this paper, the dynamic equations of a rod with a circular cross section are established on the basis of the exact Cosserat model by considering the tension and the shear deformations. Euler's angles are applied as the attitude representation of the cross section. The deviation of the normal axis of the cross section from the tangent of the centerline is considered as the result of the shear deformation. Lyapunov's stability of the helical equilibrium is discussed in static category. Euler's critical values of axial force and torque are obtained. Lyapunov's and Euler's stability conditions in the space domain are the necessary conditions of Lyapunov's stability of the helical rod in the time domain.  相似文献   

15.
非圆截面弹性细杆的平衡稳定性与分岔   总被引:3,自引:1,他引:2  
刘延柱 《力学季刊》2001,22(2):147-153
本文研究存在初始曲率或挠率的非圆截面弹性细杆的平衡及稳定性问题,在两端受力矩单儿作用的条件下,杆的平衡微分方程可转换为用欧拉角表述的一阶自治系统,并有可能利用相平面的奇点理论分析弹性细杆平衡状态的稳定性,文中对杆截面的对称性,以及杆的初始曲率和挠率对平衡状态性的影响进行了定性分析,导出了解析形式的稳定性判据,揭示了杆平衡状态的列态分岔现象。  相似文献   

16.
We extend the 2D Landau phase transition theory to the bacterial flagellar filament which displays the phase transition between the left handed normal form and the right handed semi-coiled form. The bacterial flagellar filament is treated as an elastic thin rod based on the Kirchhoff’s thin rod theory. Mechanical analysis is performed on the periodical phase transition of the filament between the two helical structures of the opposite charity. The curvature and twist are chosen as the order parameters in constructing the phase transition model of the filament. The established model is applied to study the instability properties of the filament and to investigate the loading and deformation conditions of the phase transition. In addition, the curvature and twist gradient energy are considered to describe the interface properties of the two phases.  相似文献   

17.
非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡及稳定性   总被引:3,自引:1,他引:3  
刘延柱 《力学季刊》2003,24(4):433-439
本文研究端部受力和力矩作用,且存在初曲率和初扭率的非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡及其稳定性。描述弹性细杆平衡状态的Kirchhoff方程存在与杆的螺旋线平衡状态相对应的特解。直杆和圆环杆为螺旋线状态的两种特例。文中分析了螺旋线的几何特性与作用力和力矩之间的相互关系,并导出螺旋线平衡的一次近似解析形式稳定性判据。分析表明,松弛状态下弹性杆可处于螺旋线状态,直杆只有在轴向压力的作用下才能保持螺旋线平衡。无初曲率和初扭率弹性杆的螺旋线平衡稳定性必要条件是杆截面绕副法线轴的抗弯刚度大于或等于绕法线轴的抗弯刚度。此条件也适用于带初扭率的圆环杆及更普遍情形。无初曲率和初扭率的圆截面杆的螺旋线平衡恒稳定。  相似文献   

18.
When an elastic body is heated rapidly, significant inertial stresses are developed if the imposed heating rates cause a substantial temperature change in times which are short relative to the mechanical response time of the body. This work describes a method for inducing and measuring the thermally induced elastic stress waves in an unrestrained thin rod. Rapid heating was accomplished electrically by discharging a low-inductance capacitor bank (0.1 μH, 2800 J) through the rod. Utilizing the frozen-stress technique, an initial fringe pattern was introduced into thin strips of a birefringent material securely bonded to each side of the rod. The longitudinal strain oscillations were measured by direct observation of the movement of the fringe patterns with a high-speed framing camera. Interpretation of these measurements required a dynamic calibration and application of a dynamic correction factor for the reinforcing effect of the coating. Oscillations with periods from 35 to 250 μsec and stress amplitudes up to 900 psi were measured and compared with the uncoupled thermoelastic theory. Good agreement was obtained, and it was concluded that this technique is suitable for transient measurements in the presence of large magnetic fields which normally restrict the use of electronic methods.  相似文献   

19.
When a thin elastic structure comes in contact with a liquid interface, capillary forces can be large enough to induce elastic deformations. This effect becomes particularly relevant at small scales where capillary forces are predominant, for example in microsystems (micro-electro-mechanical systems or microfluidic devices) under humid environments. In order to explore the interaction between capillarity and elasticity, we have developed a macroscopic model system in which an initially immersed vertical elastic rod is raised through a horizontal liquid surface. We follow a combined approach of experiments, theory and numerical simulations to study this system. In spite of its apparent simplicity, our experiment reveals a complex phase diagram, involving large hysteretic behaviour. We employ Kirchhoff equations for thin elastic rods and use path-following methods from which we obtain a variety of equilibrium states and associated transitions that are in excellent qualitative and quantitative agreement with those observed experimentally.  相似文献   

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