文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
柔性圆柱杆接触碰撞实验研究
姓名:朱焜
申请学位级别:硕士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:洪嘉振
20090201
上海交通大学硕士学位论文摘要
柔性圆柱杆接触碰撞实验研究
摘要
本文对两柔性圆柱杆纵向接触碰撞问题进行实验研究。为了深入研究接触
碰撞过程中物体的动力学响应,设计了柔性体之间接触碰撞的实验方案,利用铝
的导电性精确地测量碰撞的接触时间,利用激光多普勒测振仪非接触地测量接触
碰撞过程中柔性杆上各点的速度响应,同时通过动态应变技术测量出接触点附近
的应变变化历程。实验结果揭示了碰撞过程中杆上各点速度响应形成弹性波的传
播和反射现象,说明柔性杆中具有明显的弹性波传播效应。将实验结果与 Hertz
接触模型和 FEM-λ仿真计算结果进行对比,Hertz 接触模型由于只考虑接触端局
部变形而未考虑弹性波在杆中的传播效应,因此在处理柔性体之间的接触碰撞问
题时并不适用,而 FEM-λ模型由于考虑到弹性波的传播效应,因此其计算结果
与实验结果吻合得很好。
本文的具体研究内容如下:
第一章为绪论,介绍了柔性多体系统接触碰撞动力学实验研究的工程背景
和研究意义,综述了国内外研究的发展现状,阐述了目前人们还没有解决或没有
完全解决的问题和解决这些问题所存在的难点,并提出了本文的研究任务。
第二章介绍本文设计的两柔性杆接触碰撞实验方案,和实验中所采用的接触
碰撞实验平台,以及接触时间测量装置。并验证了本文实验具有良好的重复性以
及实验结果的正确性。
第三章首先阐述接触时间的精确测量对于建模理论研究的重要意义,然后开
展对柔性多体系统接触时间的研究,介绍接触时间测量装置的原理以及测量结
果,研究了不同碰撞初速度和不同材料情况下的柔性杆之间碰撞的接触时间,由
于杆 1 碰撞端加工成半球形圆头,使得实际接触时间要大于一维杆的理论接触时
间,而使用二维有限元方法计算的接触时间则与实验结果比较接近。
第四章主要研究了接触过程中系统的动力学响应,包括速度响应,加速度响
应和接触点附近的应变响应,对碰撞的动力学响应进行分析,揭示了碰撞过程中
弹性波在柔性杆中的传播和反射现象,说明柔性多体系统接触碰撞问题中弹性波
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上海交通大学硕士学位论文摘要
的传播效应不能忽略。通过实验结果与 Hertz 接触模型和 FEM-λ模型的计算结果
进行对比,说明 Hertz 接触模型在处理柔性体之间接触碰撞问题时并不适用, 采
用 FEM-λ模型的数值模拟结果更为精确,并且在进行有限元仿真计算时,采用
一维单元计算误差较大,而采用二维四边形单元划分的有限元仿真所计算的结果
则比较精确。
第五章为本文总结和对研究工作的展望。
关键词:接触动力学,柔性杆,纵向碰撞,实验,弹性波
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上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
EXPERIMENTAL STUDY ON FLEXIBLE
CYLINDER RODS IMPACTS
ABSTRACT
The experimental research of the longitudinal impact between two flexible
cylinder rods was investigated. On purpose of delving into the dynamics response
during the contact process, the experiment setup of the impacts between two flexible
bodies was designed, the contact duration was accurately measured according to the
conductivity of aluminum, and the non-contact measurement for the velocity response
of the flexible rod during the impact process was non-contact measured by the Laser
Doppler Vibrometer. Furthermore the strain at the point near the contact region was
implemented by the dynamic stra