多體系統(tǒng)中大變形柔性梁的建模及動(dòng)力學(xué)仿真

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1、義連鍵足丈葦＇ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ眉±享恆巧文ＤＯＣＴＯ民ＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ；（＾］多體系統(tǒng)中大變形柔性梁的建模及動(dòng)力學(xué)仿真學(xué)科專業(yè)＿＿彎蘭莖皂卸作者姓名＾３＾＇具教ＩＩ吳志剛教授巧巾＿立祖堅(jiān)——朗２（Ｈ５年１１月答辯日＿＿＿博±學(xué)位論文多體系統(tǒng)中大變形柔性梁的建模及動(dòng)力學(xué)仿真ＭｏｄｅｌｉｎａｎｄＤｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＬａｒｅＤｅｆｏ

2、ｒｍａｔｉｏｎＦｌｅｘｉｂｌｅｇｙｇＢｅａｍｓｉｎＭｕｌｔｉｂｏｄｙＳｓｔｅｍｓｙ作者姓名：張志岡Ｕ學(xué)科、專業(yè)：動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)號(hào)：１１００３０１７指導(dǎo)教師：吳志剛教授齊朝時(shí)教授完成日期：２０１５年１０月乂連巧工乂＃ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研巧工作所取得的成果。盡我所知，除文中己經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地

3、方外，本論文不包含其他個(gè)人或一。集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他己申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果與我同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。。若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任學(xué)位論文題目：《體系統(tǒng)中大變形柔性梁的建橫及動(dòng)力舉仿真作者簽名：談袁阿１日期；年月如日大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。學(xué)校有巧保留

4、論文并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可Ｗ將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)斤檢索，可從采用影印、縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。＞Ｉ學(xué)位論文題目：《化系統(tǒng)中大巧形柔性梁的建橫及動(dòng)力學(xué)仿真？忘，曰期２Ｐ／Ｊ／Ｉ月如日作者簽名：豕＾１：年導(dǎo)怖簽名：矣ｆ為１為堿件曰瓶於／ｒ年ｄ月含〇日｜：：王Ｐ化年月答辯委員會(huì)主席《旅未曰期｜；０日大連理王大學(xué)博±學(xué)位論文摘要細(xì)長(zhǎng)梁是機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的柔性部件，也是柔性

5、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中最受關(guān)往一的研究對(duì)象之。隨著輕質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用和現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行速度的提高，柔性梁的動(dòng)力學(xué)特性變得極其復(fù)雜，表現(xiàn)為大范圍剛體運(yùn)動(dòng)與梁自身大變形的賴合效應(yīng)越來越顯著?；谛∽冃?、小轉(zhuǎn)動(dòng)假設(shè)的傳統(tǒng)柔性多體系統(tǒng)建模方法已經(jīng)無法為這類系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)值仿真結(jié)果，。本文對(duì)大變形梁的建模理論及剛?cè)徨伜舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值求解方法做了深入研巧。凡何精確梁理論在剛性截面假設(shè)基礎(chǔ)上定義了具有客觀性的應(yīng)變度量，可用于分析－大位移大轉(zhuǎn)動(dòng)情況下梁的變形。基于平面幾

6、何精確ＥｕｌｅｒＢｅｍｏｕｌｌｉ梁內(nèi)力虛功率，提出一種適用于多體系統(tǒng)中大變形平面梁建模的應(yīng)變插值梁?jiǎn)卧?。由于與梁應(yīng)變能直接相關(guān)的是應(yīng)變而非位移，因而選取單元軸向應(yīng)變和曲率作為基本變量進(jìn)斤離散，不受單元自身剛體位移大小影響，且能得到形式簡(jiǎn)潔的單元節(jié)點(diǎn)力和單剛矩陣。單元兩端截面的＂＂、位移和轉(zhuǎn)角由幾何方程積分得到形屯，充分計(jì)及了動(dòng)力剛化項(xiàng)。所構(gòu)造應(yīng)變插值梁單元不僅適用于小變形問題，同樣能夠用于大變形平面梁的剛?cè)岱Q合動(dòng)力學(xué)分析。現(xiàn)有的空間幾何精確梁?jiǎn)卧蠖嗖扇×藢?duì)軸線變形和截

7、面轉(zhuǎn)動(dòng)獨(dú)立插值的策略，在對(duì)細(xì)長(zhǎng)梁建模時(shí)常常引起剪切用鎖等困難，構(gòu)造。本文充分考慮了細(xì)長(zhǎng)梁變形鍋合關(guān)系一ｕｅｒ－ｅｍｏｕ。Ｌ了種適用于多體系統(tǒng)中大變形空間梁建模的空間ＥｌＢｌｌｉ梁?jiǎn)卧x睛性坐標(biāo)系下節(jié)點(diǎn)處的位移矢量和截面轉(zhuǎn)動(dòng)矢量為單元參數(shù)，通過對(duì)軸線變形和截面轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行賴合插值，構(gòu)造了梁截面始終與軸線切向保持垂直的單元變形場(chǎng)，。Ｗ此為基礎(chǔ)利用幾何一精確梁理論推導(dǎo)了空間梁?jiǎn)卧墓?jié)點(diǎn)力列陣、切線酣度矩陣和致質(zhì)量矩陣。所提出空ｅｒ－間Ｅｕ，ｌＢｅｍｏｕｌｌｉ梁?jiǎn)卧粌H適用于多體系統(tǒng)

8、動(dòng)力學(xué)中大變形空間梁的建模也可用于細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的幾何非線性分析。一柔性多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程往往是姐剛性方程，其數(shù)值求解具有相當(dāng)難度。目前普遍應(yīng)用的剛性方程數(shù)值解法，其基本思想是通過數(shù)值阻尼來濾除高頻響應(yīng)。雖然也成功地解決了許多問題，但其計(jì)算效率仍然不能令人滿意。通過將系統(tǒng)內(nèi)力表達(dá)式中瞬時(shí)應(yīng)變修正為一小段時(shí)間間隔內(nèi)的平均應(yīng)變一，提出了種柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)濾頻建模的平均應(yīng)變方法，。該方法能夠?yàn)橄到y(tǒng)方程引入應(yīng)變阻尼項(xiàng)和應(yīng)變慣性項(xiàng)通常情況下所建模型可用非剛性方程求解器進(jìn)行仿真求解