推导加速度合成公式的“牵连点跟踪法”1）

理论力学是大学工科各专业本科生的技术基础课,点的合成运动是重点与难点内容之一。部分学生对牵连（加）速度,特别是对（加）速度合成定理的推导需要较长时间才能理解和适应。很多教材（如文献[1,2]）都引入了“牵连点”的概念。牵连点的定义为：某瞬时与动点重合的动系上的点称为动点在该瞬时的牵连点。由于动点相对动系有运动,不同的瞬时动点与动系上不同的点重合,因此不同瞬时的牵连点是不同的。某瞬时的牵连（加）速度就是该瞬时的牵连点相对定系的（加）速度。牵连点的引入能较好地帮助学生理解牵连（加）速度。在定理推导的教学实践中,虽然用目前的教材中所采用的方法都能很好地证明该定理,但我们注意到,“两点”（即牵连点与动点）在时间点和空间位置上的“重叠性”会给学生带来理解和掌握的难度,学生容易在“重叠性”这一点上产生困惑。文献[3]就动系做定轴转动,采用了一种将动点从其重合点“拉开”的方式,对该定理进行了推导,对解决学生的困惑有一定帮助。以下,本文以文献[3]的方法为基础,补充引入“牵连点”、“绝对和相对导数”等重要概念,并就动系做一般运动对该定理进行推导,在表达方式上也做了一些调整。本文称这种推导方式为“牵连点跟踪法”。     

点的复合运动中相对运动的描述

给出了点的复合运动中,动点的绝对运动方程和相对运动方程之间关系的描述方法,并将其应用于确定平面运动机构中选取不同动点和动系时的相对运动轨迹.该方法的推导过程简单易懂,易于实现,可以帮助学生在学习相关知识时对不同情况下的相对运动有清晰、直观的了解.特别是当相对运动非常复杂时,可以借助该分析过程给出相对运动轨迹曲线.     

推导加速度合成公式的“牵连点跟踪法”

 在理论力学课程中关于点的合成运动的教学,可采用跟踪"牵连点" 的方式来推导(加) 速度合成定理. 即让某瞬时的牵连点与动点从空间位置上"分离",从定系和动系的原点,同时向动点和牵连点各引出两条矢径,跟踪牵连点任意时刻的运动. 然后将以上引出的四条矢径所满足的基本关系式对时间求导,即得到任意时刻的(加) 速度关系式. 再将牵连点的条件代入该(加) 速度关系式,可导出(加) 速度合成定理. 该推导方法概念明确、清晰,各物理量间具有较好的"可辨识性",便于学生理解和掌握.     

求解运动学问题的运动链法

详细阐述了求解理论力学的运动学问题的运动链法. 首先进行机构分析,然后画出运 动链图,根据运动链图确定求解方案,然后实施该方案. 列举了两个典型例题说明使用该方 法求解运动学问题的过程.     

无网格介点法求解Helmholtz方程

作为一种配点型无网格法，无网格介点MIP法具有数值实施简单、计算精度高、运算高效和适用范围广等优点。Helmholtz方程是科学与工程问题中广泛应用的一类特殊方程，因此对MIP法求解此类方程的适用性进行了验证。利用MIP法的d适应性，给出了MIP法求解该方程的两种计算格式。在数值算例中，分别对平面规则域和不规则域上的一般Helmholtz方程，以及轴对称Helmholtz方程进行了数值分析。结果表明，MIP法完全适用于求解Helmholtz方程。而且，MIP法的计算精度和收敛性都优于普通配点法。此外，MIP法的两种计算格式中，L2C0型通常具有更好的计算效果，故建议将该计算格式作为MIP法求解该类方程的标准形式。     

一种与传递矩阵结合的配点法

本文改进和发展了文献(1)、(2)中提出的广义传递子结构法和配点法,提出了一种新的有效的直接求解结构动力学平衡方程的配点法与传递矩阵法相结合的数值计算方法。在此方法中修正的传递矩阵可用于每个短时间增量中的动态反应分析中。进一步提出了广义传递矩阵的新概念,建立能计算任何动荷载作用下结构的动力反应的一般递推公式。文中给出数字实例证明所建议方法是正确的和可行的。     

结构多点弹性正撞问题的解法

以多个质点和梁碰撞为例给出了结构多点弹性正撞问题的求解方法．并用算例说明方法的可行性．     

运动初瞬时的速度、加速度瞬心重合的证明及其在解题中的应用

在理论力学中,不论运动学还是动力学,解平面运动问题时,多采用加速度合成法求图形上任一点(或质心)的加速度。而对于用初瞬时加速度瞬心法求解,则少见。就此谈谈看法。1.运动初瞬时的加速度瞬心作平面运动的刚体,每一个瞬时都有一个速度瞬心P和一个加速度瞬心W,在一般情况下,P与W是两个点(图1)。如将刚体由静止开始将要发生运动的瞬间称为"初瞬时",则在运动初瞬时,P与W重合,证明如下: ...     

板材自由表面受法向集中力时的理论解

基于三维轴对称弹性理论,利用镜像点方法,给出了无限板表面受法向集中力作用的显式理论解．该解可用作格林函数,来求解分布力的问题．由于板的两个表面的反复映射,载荷点的镜像点有无穷多个,严密解是以固定在各镜像点的局部坐标系下的位移函数的和的形式给出的,但只需考虑前几个镜像点,就可获得足够精确的解．关于各镜像点的位移函数,是以递推形式给出的,易于计算机编程。     

积分方程的加权残数配点法

对于用积分方程式表示的物理问题,本文应用加权残数的配点法进行求解,使得求解方法简便、可靠、正确。与常规的求解微分方程的加权残数配点法相比较,本方法不需假定任何试函数。文中给出较多的算例,论证了本文提出的积分方程的加权残数配点法的有效性,可靠性和精确性。     

运动学中点的合成运动分析方法

本文就运动学中点的合成运动分析方法进行了梳理与研讨。采用广义坐标方法推导了动参考系作一般运动下点的速度与加速度合成公式,并与教材中的表达式进行了对比。此外还采用本文提出的基于牵连点运动的分析方法,对点的合成运动进行了详细的研究,并重点讨论了两种分析方法的特点与应用。     

含J2摄动的有限时间航天器追逃博弈问题研究

航天器追逃博弈是航天器在轨捕获任务的一个重要问题,具有极高的军民两用双重价值．针对有限时间且考虑J2摄动的航天器追逃博弈问题,本文提出了一种精确的求解方法．该方法的核心思想是将有限时间的航天器追逃博弈问题建模为有限时间二人零和对策,则博弈中两航天器的最优控制策略可以转化为有限时间二人零和对策的鞍点解．在鞍点解的求解过程中,本文首先基于考虑J2摄动的非线性动力学方程,将两航天器动力学方程和始末边值条件与鞍点解必要条件结合得到两点边值问题,然后提出一种结合遗传算法和配点法的混合算法求解该两点边值问题以得到精确的鞍点解．本文利用数值仿真对所提方法的有效性进行了验证．结果表明：(i) 在航天器追逃博弈过程中,J2摄动对两航天器的最优控制策略具有较大影响;(ii) 所提方法能够精确求解出两航天器在有限时间的追逃博弈过程中的最优控制策略．     

瞬时静止时刻平面运动刚体的速度瞬心

<正> 文[1]讨论了平面运动刚体在角速度ω=(?)=0而非瞬时平动时刻(文[1]称为运动“初瞬时”)的速度瞬心,文[2]提出了异议与修正,但仍欠完善.本文给出该瞬时瞬心的明确意义与求法.首先指出,当ω=(?)=0时,刚体可能处于两种状态:设点 O 为刚体上的某个确定点,若V_o≠0,则此时刚体处于瞬时平动——状态(1),而若 Vo=0,则刚体上各点的速度均等于零,此     

一种新型的边界元法——边界轮廓法

利用传统边界元积分方程的被积函数的散度等于零的特性，提出一种新型的边界元法——边界轮廓法，使求解问题的维数降低两维。对线弹性平面问题，选择二次位移形函数，求得相应的位移和应力势函数，使二维问题的求解转化为边界点的数值计算，给出了边界点的位移和面力及域内点的应力和位移的计算公式。实例计算表明，该方法具有较高的精度。     

角点悬空弯曲厚矩形板的边界积分法

在边界积分法中引用了拟基本系统矩形板,在该拟基本系统与实际系统之间应用功的互等定理,得到一挠曲面方程的积分表达式,只要对此表达式进行极简单的积分便可得到该挠曲面方程,这比直接求解Reissner挠度控制方程要简单,边界积分法的求解过程概念清晰,计算伊始便给出了挠曲面方程的总体表达式.以Reissner厚板理论为基础,应用边界积分法研究了角点悬空厚矩形板的弯曲问题,给出了在集中荷载作用下两邻边固定另两邻边自由且角点悬空弯曲厚矩形板的封闭解析解,并给出了相应的数据和图表以供工程上的应用和参考.     

非保守力作用下矩形薄板的稳定问题

1.引言弹性薄板沿着中面承受分布跟随力或沿着边缘承受线分布跟随力作用,属于弹性非保守问题,其稳定性分析在工程中有着广泛的实际应用。关于这种板的稳定问题,Leipholz采用拓展的Galerkin法。对各种边界条件下承受切向跟随力作用的矩形薄板进行分类,求解了一些特征方程非耦合的简单板,对于耦合型复杂板该方法则显得十分繁冗,甚至无法求解。本文注意到样条函数及配点法的优点,将其应用于这种板的微分方程,借助于电子计算机,给出了各种边界条件下板的求解途径,并针对一对边简支另一对边为其它支承的板进行了数值计算,方法简单易行,对各种     

两个新型的八结点块体单元—三维离散算子差分法

给出了弹性力学三维问题的离散算子差分法 ,讨论离散算子差分法在三维问题中的特点 ,意在为该方法的进一步发展提供依据 ,为应用弱形式进行数值求解的研究提供参考。本文从弹性力学平衡方程更为一般的弱形式出发 ,给出了含边界参数的弱形式方程。由该方程不仅可以得到有限元法 ,还可得到离散算子差分法。给出了两个八结点块体单元 ,虽然单元中位移函数是非协调的 ,不需特殊处理便可保证离散格式收敛 ,并对单元位移有十分好的反映能力。     

压电材料平面问题的虚边界元-等额配点解法

利用压电材料平面问题的基本解和弹性力学虚边界元方法的基本思想,提出了压电材料平面问题的虚边界元-等额配点解法。该解法继承了传统边界元方法的优点,而避免了传统边界元方法遇到的边界积分奇异性问题。最后给出了压电材料平面问题的一些具体算例,并与解析解作了比较。结果表明本文的方法有很高的精度,是该问题一个十分有效的数值求解方法。     

MATLAB在运动学中的应用

仿真处理了著名的PASCAL摆线问题,并求解了摆线的运动学参数(以矩阵形式输出);仿真一个很难凭空想象其绝对运动轨迹的点的合成运动,并用编制的通用程序探索它的美妙轨迹;仿真了椭圆尺规机构的运动过程.仿真结果可作为教学演示,使抽象的力学生动活泼起来.     

重复使用火箭着陆结构稳定性分析

近年来,包括中国在内的诸多国家相继开展垂直起降重复使用火箭的研究,运载火箭在平台上垂直着陆时的着陆稳定性为实现运载火箭重复使用的关键问题. 由于在运载火箭设计初期结构设计尚未完成,不具有供着陆稳定性分析的详细的动力学模型,难以开展着陆过程动力学仿真,故对运载火箭着陆稳定性评估方法的研究尤为必要. 本文基于广义碰撞定律,对二维运动模式下运载火箭与着陆平台的多点碰撞过程进行了分析,切向采用库伦摩擦模型给出了切向运动学恢复系数的表达式. 本文首先通过机械能约束和接触碰撞中的单边约束给出了一般运动形式下广义运动学恢复系数的值域,再对两种典型运动模式,给出了该两种典型运动模式下广义运动学恢复系数的值域. 然后考虑着陆腿中缓冲器的作用,将运载火箭与平台的碰撞近似为完全非弹性碰撞,得到了其广义运动学恢复系数,并结合运动学分析和能量法提出了一种基于碰撞后速度的着陆稳定性的判别方法. 最后以某型运载火箭着陆样机的参数为例,分析了碰撞前速度、着陆腿跨距、摩擦系数对着陆稳定性的影响,结果表明,本文提出的稳定性判别方法较能量法更为精确,可以考虑触地速度、角速度、摩擦系数等参数间的耦合关系.