水下细长体结构“流-刚-弹耦合”特性及方法

为对水下细长体的流固耦合特性进行分析,本文建立细长体结构的平面运动学方程。为捕捉结构的振动特性,采用双渐进法给出与之相应的流体动力学方程,形成以"流-刚-弹耦合"为特点的方程组。在时域中推进编程求解耦合方程组,得到结构的刚体运动轨迹、弹性振动情况。并与传统有限元方法进行对比,验证本文方法的正确性及合理性。以此为理论依据,对潜艇结构的"流-刚-弹耦合"特性进行分析。研究表明:水下细长结构在水动压力的作用下,流体、刚体运动、弹性振动存在着耦合现象。本文将刚体运动与弹性振动分别求出,直观体现了"流-刚-弹耦合"这一现象。

流-刚-弹耦合系统姿态稳定性与控制

建立了一类流 -刚 -弹耦合系统动力学模型 ,给出了系统的控制律 ,利用现代数学和大系统分析方法 ,在无穷维函数空间中 ,研究了上述流 -固 -控耦合复杂系统的姿态稳定性。

80型轮式装载机作业过程的刚-弹耦合多体动力学分析

轮式装载机是用于装运散料为主的工程机械,经常工作在露天矿山或大型建筑工地,工作环境恶劣,装载机自身系统又十分复杂,其结构件容易破坏失效,因此,精确求取某些关键部件的连接铰点的受力是很重要的,本文采用现代设计方法来研究这个问题。在三维软件CATIA中建立装载机工作装置、车架系统的三维模型,应用多体动力学与有限元相结合的方法,建立了装载机工作装置、车架系统的刚-弹耦合动力学模型,研究了刚-弹耦合的方法,模态中性文件的生成、导入ADAMS中的方法,最终用刚-弹耦合模型进行了作业过程的动力学仿真,得到了一些关键铰点的整个作业过程的受力历程曲线。

无轨胶轮车铰接式车架的刚-弹耦合动态应力分析与研究

以无轨胶轮车铰接式车架为研究对象,基于刚-弹耦合动力学理论,利用有限元软件和虚拟样机软件相结合的方法,建立包含弹性体车架的整车刚-弹耦合动力学模型,对车辆在多种路面状况行驶的全过程进行动力学仿真,对车架结构强度和动态性能进行了校核和评估。车架改进后的无轨胶轮车在煤矿应用3年后,检查发现车架主体基本完好,重要结构处无损伤,验证了分析的合理性。

考虑刚-弹耦合叶片系统的稳定性分析

基于离散的方法建立了圆盘和叶片的动力学方程 ,该方程中包含有陀螺阵 ,并且陀螺阵和刚度阵是时变的矩阵 ,文中采用状态空间转移矩阵法对系统的稳定性进行了分析 。

中心引力场中刚-弹耦合系统平面运动的相对平衡点的稳定性

研究了中心力场中的刚-弹耦合系统的平面运动动力学,综合考虑了系统轨道运动与姿态运动,利用变分原理给出了系统的运动方程.并以广义Hamilton力学的视点,利用能量-动量方法给出了一类相对平衡点的稳定性条件.

刚 - 流 - 弹耦合系统动力方程及其动力边界条件的建立

应用Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理，建立了由刚体、两种互不相溶可压缩粘性流体以及弹性体组成系统的动力方程及其动力边界条件，完善和推广了Ｒｕｍｙｊａｎｔｓｅｖ［４，５］、Ｌｉｕ［６］的工作。

航天刚-弹-液耦合系统的弹-液耦合研究

航天刚-弹-液耦合动力学中的弹-液耦合问题是关系到航天刚-弹-液耦合系统液固耦合机理研究和大规模液固耦合建模计算研究的重要课题。通过分析刚-弹-液耦合动力学拟变分原理的泛函,说明刚-弹-液耦合中的刚-弹耦合、刚-液耦合和弹-液耦合的特点。应用Lagrange乘子法,将无际边界条件纳入泛函中,通过识别Lagrange乘子,逐步说明弹-液耦合的机理。通过对泛函求驻值发现,无际边界条件由原来的先决条件转化为驻值条件,实现了从协调元到杂交元的过渡。通过分析泛函识别Lagrange乘子前后的驻值条件,明确了识别La-grange乘子可以有效地减少计算自由度。

刚-弹-液耦合动力学的功率型变分原理

针对航天器充液贮箱液固耦合机理和大规模液固耦合模型建模研究的不足,应用功能转换原理和能量守恒定律,建立刚-弹-液耦合动力学的功率型变分原理,推导刚-弹-液耦合动力学功率型变分原理的驻值条件,得到刚-弹-液耦合动力学的基本方程.通过正确处理无际边界条件,合理地解决了弹-液边界处的耦合问题.

非保守非线性刚-弹-液-控耦合分析动力学及其应用研究

非保守非线性刚-弹-液-控耦合分析动力学是与航天动力学和多体动力学相关的重要研究课题之一,研究这一理论和应用课题具有重要理论意义和实际应用价值.本研究建立了非保守非线性两类变量的刚-弹-液-控耦合分析动力学的Hamilton型拟变分原理,并以该Hamilton型拟变分原理的泛函为依据,分析了刚-弹-液-控耦合中的刚-弹耦合、刚-液耦合与弹-液耦合、控-刚耦合的特点.借助于Lagrange-Hamilton体系,从Hamilton型拟变分原理出发推导出非保守非线性刚-弹-液-控耦合系统的Lagrange方程,并应用该Lagrange方程推导出系统的控制方程.进一步以该控制方程为依据,分析了刚-弹-液-控耦合中的刚-弹耦合、刚-液耦合与弹-液耦合、控-刚耦合的机理.从两个方面概要地研究了非保守非线性刚-弹-液-控耦合系统的Lagrange方程的应用:一方面,应用该Lagrange方程建立了相应的有限元计算模型,分析了这类计算模型的优越性;另一方面,应用系统的控制方程对实际问题进行解析的分析讨论,说明了应用解析的分析讨论来研究问题与应用数值的、定量的分析方法来研究问题的互补特性.最后,讨论了几个相关的问题.

刚－弹惯性耦合下变形体动力学响应分析

本文以绕定轴转动弹性梁为对象对其在刚－弹惯性耦合下的动力学响应进行数值分析，并与传统的准静态分析方法，线弹性动力学分析方法在理论与数值上进行比较。对所研究的对象用Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理建立动力学方程，用一致质量有限单元法对弹性梁进行离散；用正则振动模态降低弹性自由度数目。通过数值计算比较说明传统分析方法的局限性。

一类刚-梁耦合系统平面稳态运动的稳定性

研究了中心力场中的一类刚-弹耦合系统的平面运动动力学,模型是带有一悬臂梁的刚体.综合考虑了系统轨道运动与姿态运动,在Lagrange力学体系下给出了系统的运动方程,在保守系统和考虑梁的材料黏滞阻尼两种情况下,利用能量-动量方法给出了一类相对平衡点稳定性的充分条件.

一类刚-梁耦合系统定态运动的稳定性

采用带有一悬臂梁的刚体模型,研究了一类自由的刚-弹耦合系统定态运动的稳定性.直接从原始系统出发(未做离散化处理),综合考虑了系统的平动与姿态运动的耦合,在非完整坐标的Lagrange力学体系下选取状态变量,结合Lyapunov直接方法和Chetaev的从运动方程的首次积分构造Lyapunov泛函的方法.引入的变量使得Lyapunov泛函形式简单,给运动稳定性分析带来了很大的方便.最终给出了系统的定态运动按尺度稳定的充分条件.

平面3-RRR柔性并联机器人动力学建模与分析

轻型、高速、高精度柔性并联机器人在诸如电子装配、精密加工与测量、航空航天领域有着巨大的应用前景。研究了一类平面3-RRR柔性并联机器人。采用有限元法对柔性杆进行离散,运用浮动坐标系,拉格朗日方程以及虚功原理,建立了平面3-RRR柔性并联机器人的刚-弹耦合非线性动力学方程。该方程考虑了各关节和动平台的集中质量和集中转动惯量。详细研究了弹性运动坐标和刚体运动坐标约束关系。通过基于小变形假设的数值仿真计算,并和简化KED方法进行比较,结果表明系统刚体运动的科氏力和离心力以及变换矩阵的时变性对系统动力学特性有着至关重要的影响。

基于3-PRS并联机构结构动力学有限元建模与分析

采用有限方法建立3-PRS并联机构的刚-弹耦合的多体系统动力学模型,并求解了该模型。建立的模型与MSCPatran的计算结果相差无几,误差率不超过5%,这说明模型是正确的,而且完全满足精度要求,从而开辟了虚拟轴机床动力学研究新的思路。

带弹性附件充液矩形贮箱俯仰运动动态响应

首先建立了俯仰运动矩形贮箱刚-液-弹耦合系统在外力矩作用下的耦合动力学模型,给出满足边界条件的速度势函数和液面波高的级数表达式,采用伽辽金法离散,将动力学模型转化为常微分方程组,得到刚-液-弹耦合系统的固有频率,给出简单的近似表达式,分析了转动中心距静液面不同位置时刚-液-弹耦合系统各阶固有频率的变化规律,系统转动中心距静液面较近时,耦合后液体反对称模态和刚体的固有频率对比耦合前减小,较远时则增大,最后进行数值验证,比较分析了液体和弹性体对刚体姿态的影响.

刚-弹-液耦合动力学的功能型拟变分原理

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比例也不断增加,充液系统动力学成为理论界关注的课题.本文在以往研究的基础上,应用功能转换原理和能量守恒定律,建立了充液系统刚-弹-液耦合动力学的功能型拟变分原理.通过推导拟驻值条件,建立了刚-弹-液耦合动力学的控制方程.本文对刚-弹-液耦合动力学的功能型拟变分原理在有限元素法中的应用进行了研究,为大规模液固耦合模型建模计算的应用研究提供了理论支持.

充液箱位置对航天器耦合特性影响分析

分析了液体非线性晃动时充液箱位置对带弹性帆板充液航天器刚-液-弹之间耦合特性的影响.假设耦合系统绕系统质心做俯仰运动,首先采用已推导的刚-液-弹耦合系统俯仰运动非线性动力学方程组,得到系统固有频率,给出固有频率简单近似解析表达式,分析充液箱位置对系统各阶固有频率的影响.随后应用多尺度法对耦合系统液体一阶主共振进行解析分析,发现充液箱位置是决定幅频曲线软、硬特性转换点的重要参数.给定外激励力矩时,不同充液箱位置稳态解对应多解现象,并随着激励频率改变,稳态解幅值随充液箱位置的变化曲线发生分岔.

结构的刚-热弹耦合稳定性问题研究

对于刚-热弹耦合动力学这类学科交叉问题,尚无现成的控制方程可以利用.由于变分原理是从总体上把握事物,便于应用功能转化原理和能量守恒定律来研究问题.应用刚-热弹耦合动力学的变分原理,不仅可以建立刚-热弹耦合动力学的控制方程,而且可以为刚-热弹耦合动力学的有限元建模提供方便.本文根据功能转化原理和能量守恒定律,建立刚-热弹耦合动力学变分原理,给出刚-热弹耦合动力学变分原理的驻值条件,得到刚-热弹耦合动力学的控制方程,并且,将以上成果转化为非惯性坐标系中的静力学问题.作为该理论的应用,研究了结构的刚-热弹耦合稳定性问题.在非惯性坐标系中,给出两向应力状态刚-热弹耦合临界应力.最后,讨论了有关问题.

矿用自卸汽车平顺性虚拟仿真技术及试验研究

应用UG三维建模软件建立实体模型,在ANSYS中建立车架有限元模型,创建车架弹性体中性文件,把车架弹性体中性文件导入ADAMS。分别建立车架上其他构件、前桥、后桥、横拉杆、A形架的三维几何模型,导入ADAMS中。在ADAMS中建立轮胎模型及前后悬挂模型,在此基础上建立整车刚-弹耦合动力学模型。采用谐波叠加法生成C级路面模型。针对车速为10、20、30和40 km/h 4种车速,在随机路面上进行平顺性试验。利用刚-弹耦合动力学模型,在C级路面上虚拟试验驾驶员座椅前后、左右和垂直3个方向的加速度。虚拟试验与实车试验的结果表明,建立的刚-弹耦合动力学模型具有足够的精确性,这为矿用自卸汽车的设计提供了依据。