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《上海交通大学》 2010年
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弹塑性多体系统的动力学研究

石望  
【摘要】:本文对作大范围运动弹塑性多体系统的刚-柔耦合动力学特性进行了研究,弹塑性构件均假设为理想弹塑性材料。 第一章为绪论,对国内外弹塑性多体系统动力学问题的研究现状进行了综述,提出本文的研究目标。 第二章对作大范围运动弹塑性梁系统的动力学特性进行研究。同时考虑梁的材料非线性和几何非线性,基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了弹塑性梁的动力学变分方程。为了保证塑性应变的计算精度,在建模过程中采用了曲率的精确表达式,在此基础上建立了作大范围运动弹塑性梁系统有限元离散的动力学方程。将本文绝对节点坐标法的计算结果与Ansys软件的结果进行比较,验证了本文模型的正确性,并将本文方法的计算结果和基于假设模态法离散的近似方法的计算结果进行比较,以评估近似方法的适用性。对柔性重力单摆与双摆数值仿真表明,与弹性梁相比,弹塑性梁的横向变形和纵向变形恢复缓慢,在平均值附近高频微幅振动的振幅衰减。在变形较大的情况下,弹塑性变形对梁的角速度的影响不容忽视。此外,通过比较发现,对于弹塑性问题,曲率取近似值计算结果不容易收敛,而取精确值则结果稳定。 第三章对作大范围运动弹塑性平面板的动力学特性进行研究。从非线性应变-位移关系式和弹塑性本构关系出发,基于V. Mises屈服条件和流动法则,采用绝对节点坐标法,用虚功原理建立了弹塑性平面板的动力学方程。在数值计算时将各时刻的塑性应变储存在全局数组中,实现了塑性应变的迭代计算。通过对平面板与集中质量组成的多体系统在驱动约束作用下运动的数值仿真研究发现,在角加速度较大的情况下,平面板的局部区域产生塑性应变。在驱动约束释放之后,塑性应变会影响系统的刚体运动,使角速度变化的幅度减小。在驱动约束作用下,弹塑性平面板总能量的增幅比弹性平面板小;在驱动约束释放之后,弹性平面板的总能量守恒,而弹塑性平面板的总能量衰减。另外,对于一些结构上的特殊点如应力集中、弯矩较大、离约束点较近的区域,塑性应变容易产生且在短时间内增大,在工程设计时应着重考虑。 第四章对作大范围运动弹塑性空间薄板的动力学特性进行研究。从非线性应变-位移关系式和弹塑性本构关系出发,基于V. Mises屈服条件和流动法则,采用绝对节点坐标法,用虚功原理建立了作大范围运动弹塑性空间薄板的动力学方程。通过对重力和驱动约束作用下的空间薄板的数值仿真研究表明,在驱动加速度较大的情况下,空间薄板的局部区域产生塑性应变。弹塑性薄板的弯曲变形恢复缓慢,总能量的增幅较小。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O344.3

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