鉸接桿系的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、隨著結(jié)構(gòu)形式的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論往往不能滿足工程的需要。航天可展結(jié)構(gòu)、攀達(dá)穹頂以及索穹頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對(duì)機(jī)構(gòu)理論的發(fā)展提出了要求。這些體系的初始形態(tài)往往是可變機(jī)構(gòu)，其成型過(guò)程也都伴隨著機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論在這些問(wèn)題的分析與模擬上存在著缺陷，必須采用機(jī)構(gòu)理論才能進(jìn)行比較準(zhǔn)確的計(jì)算與模擬。本文在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)鉸接桿系中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)路徑及分岔等問(wèn)題進(jìn)行了研究，豐富了現(xiàn)有機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相關(guān)理論和分析方法。 考慮到一般鉸

2、接桿系在從幾何不穩(wěn)定狀態(tài)到幾何穩(wěn)定狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其彈性變形很小，論文首先研究了不考慮彈性變形的剛性桿系機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)路徑分析方法。該方法從平衡矩陣?yán)碚摮霭l(fā)，把機(jī)構(gòu)位移分解為模態(tài)組合位移和桿長(zhǎng)修正位移，并根據(jù)外力勢(shì)能梯度確定機(jī)構(gòu)位移模態(tài)的合理組合系數(shù)，從而模擬剛性桿系機(jī)構(gòu)在外力作用下的運(yùn)動(dòng)路徑。 論文進(jìn)一步分析了考慮彈性變形的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析方法。利用平衡矩陣的廣義逆，求解體系運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的彈性變形，并耦合考慮彈性變形與機(jī)構(gòu)位移，得到機(jī)構(gòu)

3、運(yùn)動(dòng)路徑和桿件內(nèi)力。基于上述方法，論文編制了相關(guān)程序，并對(duì)攀達(dá)穹頂項(xiàng)升過(guò)程和簡(jiǎn)化的平面索穹頂張拉過(guò)程等算例進(jìn)行了模擬。算例分析結(jié)果表明上述方法是行之有效的。 論文還對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的分岔現(xiàn)象進(jìn)行了研究。考慮到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分岔與奇異性理論有關(guān)，論文從奇異性理論出發(fā)，利用桿件的協(xié)調(diào)方程，對(duì)單自由度機(jī)構(gòu)和兩自由度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分岔進(jìn)行了分析，并提出了通過(guò)追蹤運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的雅可比矩陣秩變化來(lái)判斷分岔點(diǎn)的方法，從而有效分析了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)路徑分岔問(wèn)題