考虑弹性变形的可展杆系结构展开分析

为了保证空间可展结构可靠运行,在展开过程分析中需同时考虑机构运动和弹性变形。首先建立可展杆系结构展开分析的基础方程式,然后基于广义逆矩阵的理论提出了空间可展杆系结构机构运动与弹性变形的混合分析新方法,解决了机构运动与弹性变形的耦合问题,取得了较好的展开分析精度。与传统的柔性多体动力学方法相比,其优点是建模简单,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。编制了仿真程序进行了算例分析,验证了分析方法的有效性。     

可变杆系结构展开过程的数值模拟

可变结构的应用范围很广,如建筑和航空领域中的折叠帐篷、可展天线等。采用了以自然坐标描述的多体系统动力学的有限元方法,根据基于刚体假设的最小应变能原理与拉格朗日乘子法给出了多体系统运动学基本方程的建立方法,并结合Hamilton原理建立了约束多体系统动力学基本方程,并讨论了数值模拟的收敛准则。最后基于MATLAB软件平台编制了多体系统动力学的有限元分析程序,通过对平面双摆机构的数值模拟,表明需要考虑数值阻尼以保证数值稳定及精度。最后对一四连杆机构的运动过程进行了数值模拟,验证了该文方法适用于可变杆系结构展开过程分析的可行性。     

攀达穹顶体系

本文介绍了攀达穹顶这一新型结构的体系及其原理，并指出了在设计和施工中采用攀达顶构法需要解决的主要问题。     

变拓扑空间可展桁架多体系统动力学建模与分析

随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化,对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数,该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标,基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模型。利用Jourdain速度变分原理建立了各柔性部件的动力学变分方程,根据各柔性部件之间的运动学递推关系,并引入切断铰的约束方程,建立了柔性多体系统的刚-柔耦合动力学方程。针对柔性部件展开锁定时容易出现的数值计算问题,提出了在缓冲减速的基础上施加相对角约束的变拓扑方法。基于动力学模型对11节桁架单元的太空望远镜桁架展开过程进行数值仿真。为了进一步缩减计算规模,根据系统结构的对称性和纵向载荷分布的均匀性,将多个桁架和主镜组成的多体系统简化为单个桁架与主镜的一部分组成的系统进行数值仿真。将单个桁架系统展开过程的数值仿真结果与多个桁架系统的仿真结果进行对比,验证了简化动力学模型的准确性和有效性。在此基础上进一步对30节桁架单元的桁架展开过程进行数值仿真,通过对比柔性桁架与刚性桁架在展开和碰撞锁定过程中仿真结果的差异,分析了弹性变形对系统动力学特性的影响。     

运动体高速入水非定常过程研究

依据气体泄漏规则建立起空泡深水闭介后空泡内气体平衡方程.将空泡内压力作为时间函数,采用Logvinovich的空泡截面独立扩张原理分析空泡的发展.给出运动体姿态计算的动力学方程,分析运动体入水及带空泡航行的受力特性.综合考虑窄泡内气体平衡,空泡截面扩展及运动体姿态的祸合方程,给出数值求解运动体带空泡高速入水非定常过程的...     

轮式悬架移动2连杆柔性机械手动力学研究与仿真

对轮式悬架2连杆柔性移动机械手(平面)进行了系统的动力学研究.该轮式移动机械手由带有弹性-阻尼悬架系统的移动载体和柔性机械手所组成,并假定移动载体以恒速通过不规则路面.采用经典瑞利-里兹(Rayleigh-Ritz)法和浮动坐标法描述机械手弹性变形与参考运动间的动力学耦合问题,综合利用拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程并在笛卡尔坐标系下 ,以矩阵、矢量简洁的形式构建了该移动柔性机械手系统的完整动力学模型.最后采用数值的方法给出了该动力学模型正解的仿真结果.通过与刚体模型、刚柔混合模型仿真结果的比较,证实了该柔体系统存在动力学耦合现象.     

多界面干摩擦系统的减振特性及设计方法研究

作为一类非线性阻尼, 干摩擦阻尼器的减振效果通常与激振力水平直接相关, 且往往只在一个激振力水平下具有最佳振动抑制效果。为改善其“激振力-减振效果”特性, 提出了设计多界面干摩擦系统的思路。从一类可描述扭转振动的集总参数模型出发, 探讨了此类系统的可行性, 并给出了无量纲的动力学方程组。其次, 提出了一种改进的时/频转换方法, 用以分析包含任意干摩擦界面系统的频域响应, 考虑了每个干摩擦界面上可能出现的周期内“滑移”、“滑移-阻滞”和“阻滞”运动状态。同时, 用相应的数值积分方法验证了该方法的正确性和在计算速度上的优势。在此基础上, 分析了干摩擦界面的个数、临界摩擦力和质量对系统特性的影响, 以二界面和三界面干摩擦系统为算例, 阐明了采用多个干摩擦界面改善系统减振性能的机理和设计方法。     

计及应力刚化效应的空间大运动曲梁动力学建模与分析

从连续介质力学非线性位移-应变关系出发,导出计入应力刚化效应的空间柔性梁变形能表达式。利用浮动框架有限元方法和哈密顿变分原理推导了满足小变形假设的空间曲梁的一般运动动力学方程,并利用模态缩减法对动力学方程进行了维数降阶。所推导的动力学方程可用于高速旋转一般运动空间柔性曲梁动力学问题的求解。通过数值仿真讨论了应力刚化效应对大范围运动小变形空间柔性曲梁动力学特性的影响,并与ADAMS软件和ABAQUS软件的仿真结果进行了对比,指出了ADAMS软件在高速旋转柔性多体系统数值计算方面的一些缺陷。所提出的计及应力刚化效应的空间曲梁动力学建模方法为高速旋转一般运动柔性多体系统动力学建模和分析提供了参考。     

含间隙铰的机械多体系统动力学模型

对四类间隙铰模型(连续接触模型、有限元模型、经典碰撞模型和接触变形模型)进行分析比较，给出了经典碰撞和接触变形模式的含间隙多体系统动力学模型。经典碰撞模式的动力学模型着重考察系统动力学的整体行为，不能预测碰撞过程中铰关节局部接触力的变化历程。接触变形模式的多体系统动力学模型考虑了碰撞体间的法向和切向接触力，以及阻力矩，能够求解系统运动过程中间隙铰轴销与孔体的碰撞力。采用间隙铰的非线性弹簧阻尼模型，研究了重力场及其方向性对空间可展机构动力学性能的影响。计算结果表明，无重力与有重力环境时含间隙可展机构动力学行为有较大地差别，重力作用使间隙铰内碰撞减弱。为了保证在地面试验中可靠地预测在太空展开性能，可展机构在地面试验时应采取重力补偿措施。     

可变体系运动与变形混合问题的拟动力解法

土木工程中常遇到在施工安装过程中经历较大机构位移和弹性变形的可变体系。该文基于可变体系的动力运动方程,采用考虑大位移的几何非线性单元对可变体系进行离散,将直接积分法与动力松弛法相结合,在直接积分法的逐步求解过程中引入动力阻尼,提出了可变体系混合问题的拟动力分析方法,编制仿真程序进行了算例分析。计算结果表明:采用该文方法可有效跟踪求解可变体系机构运动与弹性变形混合问题的全过程路径。     

Light‐Driven Continuous Twist Movements of Microribbons

Despite many advances in the development of artificial systems with helical twist motions or deformations, obtaining materials that can undergo continuous twist movements upon an energy input remains a great challenge. In this work, a continuous twist movement of microribbons driven by scanning laser irradiation, a process that a twist generates initially at one end of the microribbon and is continuously transmitted to the other end and then kept twisting, is reported. Key factors to the achievement of this movement are the fabrication of elastic microribbons that possess relatively low elastic modulus and diagonal photoinduced π‐stacking distortion relative to the microribbon long axis. Furthermore, the scanning laser irradiation is required to drive the π‐stacking distortion with the spatiotemporal coordination for the continuous twist movement of microribbons. These findings may be extended to the achievement of other sophisticated continuous movements of microscale systems.     

初应力位形上小的变形问题

论文研究初应力杆的小变形问题。用初应力作为参数,提出初应力位形上小变形问题的位移变分原理;针对直杆的几何特点,提出了用数值参数描写直杆初应力,用所提出的变分原理建立了初应力杆的小变形位移分量的定解问题。所得的方程中包含了初应力的数值参数。分析表明,初应力的不同的数值参数可以对相关的刚度、压杆的临界力以及基本变形的耦合与固有频率产生显著的影响。     

Total Lagrangian formulation for the large displacement analysis of rectangular plates

In this paper, a method for the non-linear dynamic analysis of rectangular plates that undergo large rigid body motions and small elastic deformations is presented. The large rigid body displacement of the plate is defined by the translation and rotation of a selected plate reference. The small elastic deformation of the midplane is defined in the plate co-ordinate system using the assumptions of the classical theories of plates. Non-linear terms that represent the dynamic coupling between the rigid body displacement and the elastic deformation are presented in a closed form in terms of a set of time-invariant scalars and matrices that depend on the assumed displacement field of the plate. In this paper, the case of simple two-parameter screw displacement, where the rigid body translation and rotation of the plate reference are, respectively, along and about an axis fixed in space, is first considered. The non-linear dynamic equations that govern the most general and arbitrary motion of the plate are also presented and both lumped and consistent mass formulations are discussed. The non-linear dynamic formulation presented in this paper can be used to develop a total Lagrangian finite element formulation for plates in multibody systems consisting of interconnected structural elements.     

成层介质中平面内自由波场的一维化时域算法

提出了一种弹性水平成层半空间中平面内波动斜入射时自由波场时域计算的一维化有限元方法。首先,基于弹性波在斜入射情形下的传播特点对计算区域进行自动虚拟网格划分。然后将集中质量有限元法和中心差分法相结合建立节点的二维运动方程组,并根据采用的离散化准则和显式有限元法的特点将其转化为一维方程组。求解此方程组,即得到自由场中竖向一列节点的运动。最后根据行波的传播规律得到全部自由波场。以P波为例给出了理论分析和数值算例。结果表明,该方法不仅简单实用,而且具有较高的精度和良好的稳定性。     

柔性梁大挠度动力响应分析的多体系统方法

研究柔性梁大挠度动力响应问题，应用多体系统方法建立起大变形振动控制方程，结合Newmark直接积分法和Newton—Raphson迭代法给出了求解该非线性代数一微分方程组的数值方法。该方法一方面在随体坐标系中把子梁作为小变形处理使得变形的描述大为简化，另一方面通过随体坐标系的运动自然计及了子梁的刚体运动。数值算例证明了该方法的正确性和有效性。     

复合材料蠕变本构关系及实验测定Ⅰ.本构关系

蠕变是复合材料最重要的力学性能之一,实验表明:复合材料在蠕变条件下的变形可以分为弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形.应用不可逆过程的热力学和广义变量的概念可以分析材料的蠕变变形.本文首先回顾了热力学的基本方程;基于Schapery本构关系的假设和思路推导了蠕变本构关系的一般形式,其中包括弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形;考虑到广义力选取的不唯一性,本文提出了广义力选取的原则以使得到的本构关系尽可能地简单;由此本文给出了复合材料的一维蠕变,各向同性复合材料的二维蠕变和纤维增强复合材料平面内的蠕变的本构关系.     

弹性地基上复合材料层合梁的自由振动

本文在文[1]建立的层合梁理论的基础上,得到了弹性地基上层合梁的动力控制方程,并将此控制方程简化,获得了不考虑剪切变形时的弹性地基上层合梁经典理论的动力控制方程.利用这二种不同的控制方程,文中获得了层合梁自由振动问题的相应的精确解.由这二种不同的结果,讨论了剪切变形对层合梁固有频率的影响.      

An adjoint variable method for sensitivity analysis of non-linear elastic systems

An adjoint variable method for design sensitivity analysis of non-linear elastic systems is presented. The method uses domain parameterization and a mutual form of the Hu-Washizu energy principle, and extends results reported in a recent work for linear elastic systems to non-linear elasticity. Non-linearities due to finite deformations and non-linear, hyperelastic constitutive models are considered. In contrast to other methods for non-linear sensitivity analysis, the present formulation can be applied with force, displacement or mixed approximate solution methods. The mutual energy expression used in the adjoint sensitivity derivation is developed from a non-linear extension of the Hu-Washizu energy functional and yields a linear governing equation for the adjoint system. This has important ramifications for the computational cost of a sensitivity analyses of non-linear systems: excluding the cost of determining the response of the system, the cost of a sensitivity analysis for a non-linear system is essentially the same as that for a linear system. Finite element implementation of the resulting sensitivity expressions is discussed, and two numerical examples are presented. The first example involves large deformations of a Mooney-Rivlin body, while the second involves design sensitivity analysis for mixed solution methods.     

基于PD结合输入整形控制的含有刚性模态弹性机构的力及能耗分析

高速轻型机构在大幅度刚性运动的同时弹性构件存在着弹性变形,从而产生残留振动,导致刚性体运动与弹性体运动相互耦合,使整个系统难以精确定位。在研究含有刚性模态弹性机构的动力学特性的基础上,将时滞环节引入控制系统中,提出PD结合输入整形控制策略,研究在阶跃输入信号作用下PD结合输入整形控制系统的振动特性,分析输入整形对系统控制力和能耗的作用规律。在相同反馈增益的情况下,与PD反馈控制相比较,PD结合输入整形控制系统控制力降低56%,能耗降低47%,同时提高了系统的响应速度。