基于無網(wǎng)格法的剛-柔耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模與仿真.pdf

1、工程中的復(fù)雜系統(tǒng)通常由多個(gè)獨(dú)立物體組成，是通過一系列的幾何約束連接起來的，并能完成預(yù)期動(dòng)作的一個(gè)整體。其中很多都屬于柔性附件搭載于剛性主體的剛-柔耦合結(jié)構(gòu)，如空間機(jī)械臂、人造衛(wèi)星天線、直升機(jī)旋翼、太陽能帆板以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。上述實(shí)際工程問題都可以簡(jiǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)的中心剛體-柔性懸臂梁或懸臂板模型等典型的剛-柔耦合系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，而能否正確合理地描述柔性體的變形場(chǎng)將對(duì)仿真結(jié)果的精度及計(jì)算效率產(chǎn)生重要的影響。因此，對(duì)變形場(chǎng)的離散方法研究一

2、直是剛-柔耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，也是工程和科學(xué)領(lǐng)域的迫切需求。本文對(duì)剛-柔耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的離散方法進(jìn)行研究，將近年來發(fā)展迅猛的無網(wǎng)格法和光滑有限元法引用到柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，以期豐富柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的變形場(chǎng)離散理論。
　　基于浮動(dòng)坐標(biāo)系方法，采用無網(wǎng)格點(diǎn)插值法、徑向基點(diǎn)插值法、光滑節(jié)點(diǎn)插值法、有限元法和假設(shè)模態(tài)法對(duì)中心剛體-柔性懸臂梁的變形場(chǎng)進(jìn)行描述并用統(tǒng)一的矩陣形式表示，運(yùn)用第二類Lagrange方程推導(dǎo)得到作大范

3、圍運(yùn)動(dòng)中心剛體-柔性懸臂梁系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。將各離散方法的仿真結(jié)果在計(jì)算精度與計(jì)算效率方面進(jìn)行對(duì)比分析，指出假設(shè)模態(tài)法的局限性，驗(yàn)證無網(wǎng)格法的正確性以及可推廣性。此外，對(duì)三種求解動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值積分方法做了簡(jiǎn)要分析，比較了各方法的計(jì)算效率。
　　對(duì)作大范圍運(yùn)動(dòng)矩形板的建模理論進(jìn)行了研究?；诒“謇碚?，采用假設(shè)模態(tài)法和使用矩形單元和三角形單元的有限元法建立了作大范圍運(yùn)動(dòng)矩形薄板的一次近似剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)模型?；贛indlin板理論

4、，采用徑向基點(diǎn)插值法、移動(dòng)最小二乘法和光滑有限元法描述板的變形場(chǎng)，建立了能處理不同厚長(zhǎng)比的作大范圍運(yùn)動(dòng)矩形板的一次近似剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)模型。此外，計(jì)及被忽略的耦合變形量的高階項(xiàng)，建立了作大范圍運(yùn)動(dòng)矩形板的高次剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)模型。
　　基于Mindlin板理論，采用徑向基點(diǎn)插值法和光滑有限元法對(duì)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的中心剛體-懸臂板系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，給出了避免出現(xiàn)剪切閉鎖現(xiàn)象的方法，并與傳統(tǒng)的基于經(jīng)典薄板理論并采用有限元法和假設(shè)模態(tài)法的