柔性梁桿結(jié)構(gòu)多次碰撞瞬態(tài)響應(yīng)動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法的研究.pdf

1、柔性結(jié)構(gòu)的碰撞問題具有廣泛的工程背景和重要的理論意義。由于結(jié)構(gòu)的柔性特征，柔性結(jié)構(gòu)的碰撞往往導(dǎo)致多次碰撞現(xiàn)象的出現(xiàn)。在柔性結(jié)構(gòu)的多次碰撞過程中，碰撞瞬態(tài)動力學響應(yīng)不僅涉及到每一個柔性結(jié)構(gòu)的運動、局部接觸變形和整體變形響應(yīng)，而且涉及碰撞激發(fā)的柔性波在每一個柔性結(jié)構(gòu)中的傳播效應(yīng)以及柔性波在柔性結(jié)構(gòu)接觸區(qū)域的相互作用，還涉及到柔性體之間出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換形式不盡相同的能量轉(zhuǎn)換。因此，柔性體之間的多次碰撞問題不僅難以像剛體碰撞動力學那樣，采用運動方程加

2、上恢復(fù)系數(shù)的方式來描述碰撞行為，而且在理論分析和數(shù)值計算上，比起剛性體與柔性體的碰撞問題，也要困難的多。
　　本文針對工程中常見的桿-桿、梁-桿和變截面梁-柔性支撐等典型碰撞問題，提出了研究多柔性體間碰撞響應(yīng)的動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法，主要研究工作和成果包括:
　　(1)針對多柔性體之間的多次碰撞問題，推導(dǎo)了模態(tài)坐標下的柔性體碰撞動力學方程，建立柔性體-柔性體多次碰撞動力學動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法的基本理論，提出了可以計算柔性體-柔性體多次碰撞

3、響應(yīng)以及碰撞瞬態(tài)波傳播的動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法。
　　(2)針對子結(jié)構(gòu)群共用碰撞點和單子結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)多點碰撞的情況，提出了考慮碰撞接觸瞬態(tài)效應(yīng)相互干涉的添加刪除接觸約束的方法，保證了動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法在多柔性體碰撞接觸問題中的有效應(yīng)用。
　　(3)運用動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法研究了柔性體-柔性體多次碰撞瞬態(tài)波的傳播，通過與理論解和三維動力有限元解的對比，證明了該方法研究多次碰撞瞬態(tài)波傳播的收斂性和有效性。具體研究了桿-桿、梁-桿、變截面梁-柔性支撐

4、、多個梁桿和原子力顯微鏡微懸臂-探針與樣品的多次碰撞瞬態(tài)波的傳播。
　　(4)提出了考慮微/納米尺度下柔性體表面效應(yīng)的動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法，并應(yīng)用其研究了輕敲模式下原子力顯微鏡微懸臂-探針與樣品表面的多次碰撞問題，采用吸附接觸模型模擬探針與樣品的碰撞接觸約束，正確求解了多次碰撞響應(yīng)、碰撞瞬態(tài)波在微/納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播以及次碰撞現(xiàn)象，表明動態(tài)子結(jié)構(gòu)方法可以合理、有效地分析輕敲模式下原子力顯微鏡微懸臂-探針與樣品表面的多次碰撞問題。