柔性梁大范圍運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域大量采用輕質(zhì)柔性材料,這些柔性結(jié)構(gòu)具有剛度低、結(jié)構(gòu)阻尼弱等特點(diǎn),尤其是當(dāng)一些結(jié)構(gòu)做高速平動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),一般的動(dòng)力學(xué)建模方法已經(jīng)不能準(zhǔn)確的反映出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,因此,需要對柔性結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模方法進(jìn)行更加深入的研究。
　　本文以大范圍運(yùn)動(dòng)柔性梁為研究對象,主要研究柔性梁在大范圍運(yùn)動(dòng)時(shí),幾何剛度力對剛體模態(tài)和彈性體模態(tài)穩(wěn)定性的影響。首先,利用虛功原理推導(dǎo)了柔性梁做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程。然后

2、考慮幾何非線性項(xiàng)對旋轉(zhuǎn)柔性梁模型的影響,共分為了四種情況。其中線性化模型忽略了慣性力項(xiàng)中彎曲變形所導(dǎo)致的縱向位移,但是在彈性力項(xiàng)中考慮了這種變形的影響。當(dāng)梁以較高的速度旋轉(zhuǎn)時(shí),這種模型表現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀態(tài)。為了研究軸向位移對柔性梁的動(dòng)力學(xué)特性的影響,討論了三種不同的模型。第一種模型稱之為一致完全模型,這種模型在慣性力和彈性力中都包含了彎曲變形所導(dǎo)致的縱向位移。第二種模型稱之為一致非完全模型,在這種模型中,慣性力和彈性力都忽略了彎曲變形導(dǎo)致

3、的縱向位移。第三種模型稱之為非一致模型,這種模型在慣性力中包含了彎曲變形導(dǎo)致的縱向位移,而在彈性力中忽略了這種變形。數(shù)值仿真結(jié)果表明,柔性梁以很高的角速度做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),這幾種模型動(dòng)力學(xué)方程的解是穩(wěn)定的。這說明,包含了橫向彎曲變形導(dǎo)致的縱向位移的慣性力并不是唯一的維持柔性梁高速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的條件。同時(shí),也研究了幾何剛度力對平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)梁模型剛體模態(tài)的影響以及梁的臨界角速度與梁的長度的關(guān)系。最后,從解析的角度討論了考慮剛-彈耦合無約束梁的彎