一类刚-柔耦合系统的建模与稳定性研究

对于由中心刚体带有柔性梁附件组成的这一类简单刚 柔耦合系统，目前文献广泛采用的Ｅｕｌｅｒ Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁模型中考虑的刚 柔运动耦合项有严重的缺陷．本文对于物理本构关系线性的有限变形梁，分别采用微元法和变分法建立了该系统大挠度非线性动力学方程组．本文使用严格的方法来研究此非线性耦合动力学模型，采用能量 动量矩组合方法构成Ｌｉａｐｕｎｏｖ函数，严格证明了此非线性系统平凡解的积分范数稳定性以及具有鲜明物理意义的最大模范数稳定性．本文对文献中引用的三类线性化模型，采用假设模态法，对中心刚体匀速转动时梁的振动作了数值仿真，进一步验证了本文的结论．上述结果，对选择刚 柔耦合系统正确的动力学模型是有益的．  

内共振条件下直线运动梁的动力稳定性

基于Kane方程,建立起了包含有耦合的三次几何及惯性非线性项大范围直线运动梁动力学控制方程．利用多尺度法并结合笛卡尔坐标变换,对所得方程进行一次近似展开,着重对满足一、二阶模态间3:1内共振现象的两端铰支梁参激振动平凡解稳定性进行了详尽的分析,得出了稳定性边界的解析表达式．采用中心流形定理对调制微分方程组进行降维处理,分析了相应Hopf分岔类型并通过数值计算发现了稳定的极限环存在．  

作大范围运动弹性梁的动力刚化分析

刚体大范围运动与弹性梁的变形运动的相互耦合将产生动力刚化现象，在经典的动力学理论中无法解释这种现象。本文给出了该系统的运动描述方法，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ变分原理建立了动力学控制方程，利用Ｇａｒｌｅｒｋｉｎ模态截断研究了产生动力刚化的原因及其动力学性质，从本质上解释了学者们多年来一直在研究的动力硬化现象，最后用数值模拟验证了理论的正确性。本文所得结论有益于柔性多体系统动力学的发展。  

刚柔耦合建模理论的实验验证

传统的混合坐标建模理论是零次近似方法，对刚柔耦合问题的描述存在缺陷，研究以一个由中心刚体，柔性梁及末端质量组成的刚柔耦合系统对象，建立了精确的一次近似的刚柔耦合动力学方程，在该模型中计及了结构阻尼及风阻的影响，利用单轴气浮台动力学实验平台，通过与实验数据的比较，说明了传统零次近似方法在某些条件下已不能下确描述柔性的刚性正确性和可靠性。  

带集中质量和弹性支承梁的横向固有振动分析

给出带集中质量和弹性支承梁横向固有振动的精确分析方法。示例表明，该法对于梁的固有振动分析具有较广的适用性。  

轴向运动梁非线性振动内共振研究

采用多元L-P方法分析轴向运动梁横向非线性振动的内共振，首先根据哈密顿原理建立轴向运动梁的横向振动微分方程，然后利用Galerkin方法分离时间和空间变量，再采用多元L-P方法进行求解，推导了内共振条件下频率-振幅方程的求根判别式，理论分析发现内共振与强迫力的振幅有关，而且可以从理论上决定这一界乎不同内共振的强迫力振幅的临界值，典型算例获得了轴向运动梁横向非线性振动内共振复杂的频率一振幅响应曲线，揭示了很多复杂而有趣的非线性振动特有的现象，多元L-P方法的数值结果，在小振幅时与IHB法的结果一致。  

复杂梁动力问题的近似分析方法

本文介绍了在各种复杂条件下，分析梁振动特性的一个近似方法－模态摄动法。这一方法是在等截面均匀梁的模态子空间内实施，将复杂梁的变系数微分方程的求解转化为代数方程组的求解。通过算例，表明这一方法简单实用，且有良好的近似性。  

Fracture testing of a self-healing polymer composite

Inspired by biological systems in which damage triggers an autonomic healing response, a polymer composite material that can heal itself when cracked has been developed. In this paper we summarize the self-healing concept for polymeric composite materials and we investigate fracture mechanics issues consequential to the development and optimization of this new class of material. The self-healing material under investigation is an epoxy matrix composite, which incorporates a microencapsulated healing agent that is released upon crack intrusion. Polymerization of the healing agent is triggered by contact with an embedded catalyst. The effects of size and concentration of the catalyst and microcapsules on fracture toughness and healing efficiency are investigated. In all cases, the addition of microcapsules significantly toughens the neat epoxy. Once healed, the self-healing polymer exhibits the ability to recover as much as 90 percent of its virgin fracture toughness.  

旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型. 首先采用Hamilton原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究. 研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知的动力特性研究. 研究结果显示，当系统大范围运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差. 一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究.  

不可压饱和多孔弹性梁、杆动力响应的数学模型

基于多孔介质理论,首先建立了饱和多孔弹性杆件弯曲与轴向变形时动力响应的数学模型.其次,基于多孔弹性梁弯曲变形的数学模型,利用Laplace变换,分析了两端可渗透的饱和多孔弹性悬臂梁在自由端受阶梯载荷作用下的动静力响应,给出了梁弯曲时挠度、弯矩以及孔隙流体压力等效力偶等物理量随时间的响应曲线.发现不可压多孔弹性梁的拟静态响应亦存在Mandel-Cryer现象,多孔弹性梁的挠度具有与粘弹性梁挠度类似的蠕变特征,然而,其应力响应不同于粘弹性梁,随着时间的增加,梁拟静态响应的弯矩逐渐增加,并达到一个稳态值.这些结果有助于揭示植物根茎等力学行为的机理.