旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁和變長度懸臂輸流管的動力學(xué)研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁及變長度懸臂輸流管系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等工程技術(shù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，例如太空機(jī)械手臂、可變旋翼飛行器的槳葉、LED原件分揀機(jī)的擺臂，以及內(nèi)流作用下的懸臂梁系統(tǒng)如高速旋轉(zhuǎn)冷卻管道、灌裝機(jī)的注液管等?？紤]到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、長度變化以及內(nèi)流作用對懸鑄梁（管）彈性運(yùn)動的復(fù)雜影響，對旋轉(zhuǎn)變截面或變長度懸臂系統(tǒng)的彈性振動和穩(wěn)定性的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，本文針對旋轉(zhuǎn)變截面和變長度懸臂結(jié)構(gòu)以及其在可能的內(nèi)流作用下的動力學(xué)問題

2、展開研究。具體研究工作如下：
　　（1）研究了勻速旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的振動特性。考慮懸臂梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝角度，基于Timoshenko梁理論及非線性vonKarman應(yīng)變理論建立旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的耦合非線性動力學(xué)方程，研究截面沿長度方向以線性規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)懸臂梁的軸向、橫向非線性動態(tài)響應(yīng)；考慮梁的縱向變形對旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁動力剛化效應(yīng)的影響，在梁彈性振動的平衡位置附近對非線性動力學(xué)方程進(jìn)行線性化處理，基于特征值理論研究旋轉(zhuǎn)變截面懸

3、臂梁的軸向及橫向振動頻率特性；結(jié)果表明旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的安裝角、截面變化率、轉(zhuǎn)速及長細(xì)比對梁的彈性動力學(xué)行為具有明顯的影響。
　　（2）研究了非勻速旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的動力學(xué)特性。對于諸如振蕩旋轉(zhuǎn)或繞定軸往復(fù)擺動的變截面懸臂梁，其離心慣性力的振蕩變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)的橫向振動發(fā)生參數(shù)共振而失穩(wěn)?；诙喑叨确ǖ玫搅私孛嫜亻L度方向以線性規(guī)律變化的振蕩旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的參數(shù)共振區(qū)域邊界的近似解析表達(dá)，分折了振蕩旋轉(zhuǎn)變截面懸臂梁的振動特性和穩(wěn)定

4、性問題，討論了振蕩參數(shù)及截面變化率對懸臂梁橫向振動穩(wěn)定性的影響。
　?。?）研究具有縱向伸展或回縮運(yùn)動的變長度懸臂空管（梁）系統(tǒng)的動力學(xué)特性和穩(wěn)定性問題?；跀U(kuò)展的Ham ilto n原理建立伸展懸臂空管的縱向、橫向耦合運(yùn)動微分方程，基于 Runge-K u tta法獲得伸展懸傅空管的橫向振動響應(yīng)。對于勻速速伸展懸臂空管的橫向振動，其振動方程為一時(shí)變系數(shù)微分方程，分別基于特征值和振動能量的變化率分析其橫向振動的穩(wěn)定性，得到系統(tǒng)橫向

5、振動瞬時(shí)頻率和橫向振動能量隨時(shí)間（或管長）的變化曲線，對比討論了管的長度、伸展速度及加速度對系統(tǒng)橫向振動穩(wěn)定性的影響。
　?。?）研究長度振蕩變化的懸臂空管（梁）系統(tǒng)的參數(shù)共振及穩(wěn)定性問題?；诙喑叨确ǖ玫介L度振蕩變化的懸臂空管橫向振動的失穩(wěn)區(qū)域邊界，討論管長、伸展速度、振蕩幅值及頻率對系統(tǒng)橫向振動穩(wěn)定性的影響；當(dāng)懸臂管的平均長度不為零時(shí)，管的動態(tài)響應(yīng)幅值將會發(fā)生“跳躍”現(xiàn)象。
　　（5）研究了穩(wěn)定內(nèi)流作用下旋轉(zhuǎn)、伸展懸臂管