柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、柔性桿結(jié)構(gòu)是工程中普遍使用的一類(lèi)構(gòu)件。柔性桿之間的重復(fù)撞擊問(wèn)題因?yàn)樽矒羲矐B(tài)響應(yīng)的復(fù)雜性和撞擊與分離過(guò)程切換造成的變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合關(guān)系，在理論和數(shù)值研究中一直存在較大困難。本文采用“全連續(xù)體模型”，基于彈性動(dòng)力學(xué)理論中的瞬態(tài)波函數(shù)法，對(duì)四類(lèi)柔性桿結(jié)構(gòu)的重復(fù)撞擊瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了理論和數(shù)值研究。本文的主要研究工作包括： (1)應(yīng)用瞬態(tài)波函數(shù)的特征值展開(kāi)法，推導(dǎo)了四類(lèi)柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊問(wèn)題的撞擊過(guò)程和分離過(guò)程的瞬態(tài)響應(yīng)，給出了完整的重復(fù)

2、撞擊瞬態(tài)波函數(shù)解，能夠充分考慮撞擊瞬態(tài)波傳播的影響，可以對(duì)重復(fù)撞擊瞬態(tài)響應(yīng)作較為精確的分析。 (2)基于柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊過(guò)程的瞬態(tài)波函數(shù)理論解，采用撞擊接觸過(guò)程中的臨時(shí)組合結(jié)構(gòu)，以撞擊接觸面上的瞬態(tài)內(nèi)力計(jì)算撞擊力響應(yīng)。并基于我們以前的研究結(jié)論，提出了柔性結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊力響應(yīng)求解的瞬態(tài)波內(nèi)力法，可以成為解決重復(fù)撞擊力計(jì)算問(wèn)題的合理方法。 (3)通過(guò)四種柔性桿重復(fù)撞擊結(jié)構(gòu)和梁與桿重復(fù)撞擊結(jié)構(gòu)的數(shù)值研究表明，瞬態(tài)波內(nèi)力法求解的

3、重復(fù)撞擊力響應(yīng)，對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)和截取模態(tài)均具有數(shù)值收斂性。 (4)應(yīng)用瞬態(tài)波函數(shù)的特征值展開(kāi)法和重復(fù)撞擊力求解的瞬態(tài)波內(nèi)力法，建立了柔性桿結(jié)構(gòu)的重復(fù)撞擊問(wèn)題的研究方法，首次完成了自由飛行柔性桿對(duì)固支桿，強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)柔性桿對(duì)固支桿，考慮阻尼效應(yīng)的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)柔性桿對(duì)固支桿，以及強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)柔性桿對(duì)變截面固支桿的重復(fù)撞擊問(wèn)題的理論和數(shù)值求解。 (5)分別采用經(jīng)典特征線法和瞬態(tài)波函數(shù)解析法，研究了自由飛行桿與固支桿的共軸撞擊過(guò)程瞬態(tài)波傳播及二

4、次撞擊現(xiàn)象，得到了二次撞擊區(qū)的分布規(guī)律。 (6)對(duì)受動(dòng)載驅(qū)動(dòng)的柔性桿重復(fù)撞擊固支桿問(wèn)題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明本文方法能夠捕捉到歷時(shí)很短，幅值較低的微撞擊沖量的“次撞擊”過(guò)程。 (7)考慮阻尼效應(yīng)，對(duì)受動(dòng)載驅(qū)動(dòng)的柔性桿重復(fù)撞擊固支桿問(wèn)題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計(jì)算，探討了阻尼效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的短期響應(yīng)和長(zhǎng)期響應(yīng)的影響。 (8)對(duì)受動(dòng)載驅(qū)動(dòng)的柔性桿重復(fù)撞擊變截面固支桿問(wèn)題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計(jì)算，比較了階梯桿不同橫截面比