刚-柔耦合动力学系统的建模理论与实验研究.pdf-硕士论文.pdf

上海交通大学
博士学位论文
刚-柔耦合动力学系统的建模理论与实验研究
姓名:杨辉
申请学位级别:博士
专业:一般力学
指导教师:洪嘉振

柔耦合动力学系统的建模理论与实验研究要摘/。。/【。它在建模过程中直接套用了结构动力学对弹性变形的假设,由于在结构动力学中忽略了对动力学性质影响很小的变形位移中的耦合变形量,当这些耦合变形量与大范围运动相耦合时将对系统的动力学性质产生非常重要的影响。建模时如果不考虑这种因素的影响,将会导致错误的结论。年,【慷苑枪咝韵迪碌男5粤旱亩ρ匦越醒芯浚赋鲈谧K较大的情况下,按零次近似建模理论进行仿真计算会得到梁的挠度趋于发散失稳这样一个错误的结论。而人们所预期的应当是一个收敛的结果,并且系统的刚度会有所增加,即“动力刚化”现象。的这个计算反例表明人们在关于柔性多体系统耦合动力学机理以及所描述的数学模型的准确性上存在很大的局限性。从那以后,国内外学者对柔性体的“动力刚化”问题作了大量的研究工作,在各种假设下试图“捕捉”动力刚度项。这些假设中有一些理论依据并不充足,至今仍存在着分歧,并且没有一个实验可以用来验证其正确性和有效性。值得指出,上述这些研究工作都局限于大范围运动为已知情况下的非惯性系下柔性体的动力学性质,实质上是一个非惯性系下的结构动力学问题,只考虑了大范围运动对变形运动的影响,而没有充分考虑到大范围运动和变形运动之间的相互耦合作用,这种耦合作用是单向的。因此,对柔性多体系统动力本文从力学基本原理出发,分析了刚柔耦合零次近似理论失效的原因,深入研究了有大范围运动的柔性体变形场的描述,建立了刚柔耦合一次近似的动力学模型;然后利用上述模型,从非惯性系下的结构动力学问题和大范围运动为自由的刚柔耦合动力学问题这两个层次上进行了刚柔耦合动力学建模理论与性态的研究,采用理论和实验相结合的手段来检验了一次近似刚柔耦合动力究进行讨论和总结,提出了本文的研究目标和内容。第二章提出了柔性梁的耦合动力学建模方法,从连续介质力学关于弹性梁的变形理论出发,在柔性梁的纵向变形位移中计及了纵横振动的二次耦合变形学模型的正确性。
第四章研究了非惯性系下柔住梁的动力学憔怒。首先将本文得到的雕柔藕柔耦合动力学模型的正确性,并讨论了本文一次近似模烈与传统零次近似模型懿差异,攥示了剐崃枇δ彳惨恍┍据鹛鼐W铌傥益罩鸢凑盏谌髫蒙角发验证了本文~次近似模型在处理这类非惯性系下的结构动力学阅题豹正第五常针对大范围运动是自由的情况下柔蚀梁的刚狁詈隙ρ蕴行了数藿携囊稻实验疆究。透过数值德冀找到了一个计纂工嚣,说鹗鄹绞没有上海交通大学博士学位论文量,并由此导出了完整的二阶变形位移场。并敝审,骸⑷峒蚜患澳┒酥柿组成的刚柔耦合系统为对象,建立了一个较符合鼷际工况的刚柔耦合系统动力擎模鳖。该模型考虑了轴承摩擦黻愿程柔整粱缝孝奄阻尼以及空气产生戆溅阻,并采用一致的方法将阻尼和末端质量的影响引入到动力学方程中。基于变分原瑗建立了系统懿分寿参数模型,,然后采用一致质量有限元方法来进行离散,避免了模态选取所带来的精度问题。这个模型既可以解决非惯性系下的结构动力学问题,也可以解决大范霞遴动为未知的雕鬃耩合凌力学闽题。第三章详细介绍了自行研制的专门用来研究刚柔耦合动力举的单轴气浮台凌力学携真实验平台。它疆孛·◇躐终,粱动力学模型戈深型,建气浮螽台终来模拟刚体部分,用专用设计的功能模板代替柔性梁,具有多路数据采集和实翼寸戆控豹栽力,耪发毫,照愿,ⅲ僦湛靥曷吹ィ套K拖冉奖恪>隙曰介绍了如何确定该仿真平台的一髓重要的动力学参数,如台体惯爱参数、气浮轴承阻尼系数和柔性粱的模态参数等。其中,用来测量螽体惯量参数的扭振法是~种具裔较高精度的、禳实用的转动惯鬣测量方法。为了能更深入缝搦示喇柔耦合动力学特性与验证本文提出的一次近似模型的正确性,最后重点介绍了我们在萃鞴气浮螽动力学仿真实验平台蒸疆土,经过多次探索纛慧结,制造经地设计的三套刚柔耦合动力学实验方案:枪咝韵迪陆峁苟ρ侍獾氖验磺究方索,蟛せ朔仰料逵杀=嘶颗汉狭枇ρь锰獗J笛殍糠桨福杖狁詈舷低衬L治鍪悼シ桨浮U馊追桨复影秆榈慕嵌壤唇才尚的,这为下一步的实验工作打下了基础。合动力学方程应用到非惯性系下的结构动力学问题中,邋过对这种特例情况的硪究,觚瑗论分耩秘数僮诗筹嚣稻度来检验了零义第二豢孛疆窭戆一次冂比计好的实验方案来对非惯性系下的结构动力学问题进行了实验研究,从实验的确性和