文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
刚-柔耦合系统动力学建模理论与仿真技术研究
姓名:刘铸永
申请学位级别:博士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:洪嘉振
20081101
。柔性多体系统的传统混合坐标方法直接采用了结构动力学中的小变形假设,忽略柔性体变形场中的高阶耦合变形项,。年,芯糠⑾秩嵝孕哿焊咚僮6保捎昧愦谓平模方法将导致错误发散的结果。洪嘉振课题组从连续介质力学和分析动力学出发,考虑柔性梁变形位移的二阶耦合项,首先提出一种基于轴线积分的刚一柔耦合动力学建模方法且淮谓埔庖迳系慕7椒ǎ⑶彝ü锢矸抡媸笛檠橹了这种耦合动力学模型的正确性。然而,由于采用沿整个轴线积分得次耦合项的思想,限制了其通用性。其后,课题组提出基于共旋坐标系的建模方法,对柔性体的非线性变形场进行描述,虽然能解决上述问题,但是计算效率较低。显然,评价一个柔性多体系统动力学模型的优劣的重要标准首先是它的可靠性,要能正确的反映刚柔耦合动力学的本质。其次是它应该具有良好的数值性态和计算效率,便于计算机数值仿真的实现。为此,从工程需要出发,建立一个更加通用高效的刚一柔耦合动力学模型也就成为本文的研究目标。:惯性坐标系、浮动坐标系和单元平移坐标系对柔性体上任意一点的位形进行描述。通过浮动坐标系实现对大范围刚性运动和弹性变形的分离,通过单元平移坐标系来描述柔性体的耦合变形。首先根据连续介质力学的基本原理,推导出单元平移坐标系上笛卡尔变形坐标和非笛卡尔变形之间的关系;单元上任意一点的变形可以通过有限元形函数对非笛卡尔变形节点坐标插值得到;然后把非笛卡尔变形节点坐标转化为笛卡尔变形节点坐标表示,最后转化到浮动坐标系上组集,从而实现了对柔性体非线性耦合变形场的描述。由于本文方法中的耦合变形项只和其所在单元的节点坐标相关,摆脱了中任意一点的耦合变形项与该点到边界之间所有单元相关的局限性,。利用本文提出的建模方法,对柔性体的刚一柔耦合动力学进行研究。基于
关键词:柔性多体系统,刚一柔耦合动力学,建模方法,数值仿真上海交通大学博士学位论文砗蚃速度变分原理,建立了做大范围运动的柔性梁和薄板的刚一柔耦合动力学方程。通过对大范围运动己知和大范围运动自由的柔性梁和薄板的数值仿真算例,验证了本文提出的方法能够很好的应用于柔性体刚一柔耦合动力学分析,不仅不会出现零次近似模型数值发散的问题,而且具有良好的单元收敛性和较高的计算效率。本文还通过对做大范围运动的平面曲梁和不规则形状薄板的动力学仿真,说明本文建模方法具有通用性,为复杂柔性体刚柔耦合动力学程式化的研究打下基础。为了进一步提高计算效率,便于工程应用,本文还研究了柔性体的刚一柔耦合动力学模型简化问题。分别讨论了耦合变形项对惯性力与弹性力的贡献,分析了它们对刚一柔耦合动力学行为的影响。通过研究指出当采用笛卡尔变形坐标描述时,如果在计算弹性力的时候考虑了耦合变形影响,无论在计算惯性力时是否考虑耦合变形影响,都可以得到稳定收敛的结果。反之,如果在计算弹性力时忽略了耦合变形影响,无论在计算惯性力时是否考虑耦合变形影响,当大范围运动的速度较高时,将会得到错误的发散的结果。因此,通过忽略耦合变形对质量分布的影响,只保留耦合变形对弹性力的影响,可实现对动力学方程的简化。
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铭扣日期:U涯拢学位论文原创性声明上海交通大学学位论文作者签名:本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式●
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