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复杂柔性系统多次撞击动力学的动态子结构方法

沈煜年  
【摘要】:随着现代工业的高速发展,复杂柔性系统多次撞击动力学日益受到工程师们的关注。由于复杂柔性系统多次撞击问题涉及多变接触约束拓扑结构、撞击激发瞬态波传播、跨时间尺度动态响应和非线性效应等,对其撞击动力学行为的认识尚不充分。本文发展和应用动态子结构方法,针对较复杂的柔性系统多次撞击瞬态响应和撞击激发瞬态波动现象,进行了如下研究: (1)建立了复杂柔性系统多次撞击动力学动态子结构方法的基本理论体系。给出了多次撞击和分离各阶段的动力学方程,以及各阶段相互转化时的位移初始条件和速度初始条件的确定方法,从而使本文的动态子结构法可以处理在撞击前具有初始位移和变形的空间柔性体间的多次撞击问题,并可用于计算多次撞击激发瞬态波的传播。 (2)运用多次撞击动力学动态子结构方法研究了多次撞击激发瞬态波的传播,验证了动态子结构方法研究多次撞击激发瞬态波传播的有效性。具体研究了撞击激发瞬态纵波在等截面杆、不连续杆和微纳米压电驱动器结构中的传播,以及撞击激发横波在简支梁中的传播。 (3)提出了一种能够考虑柔性杆的横向惯性效应的动态子结构方法,并应用其研究了多次撞击激发瞬态波几何弥散。将该方法的计算结果与三维显式有限元LS-DYNA的计算结果作了对比研究。 (4)运用本文动态子结构方法研究了若干柔性系统多次撞击问题。具体研究了刚性块纵向撞击等截面悬臂杆、刚性球横向撞击等截面简支梁和刚性块纵向撞击非均质不连续杆的多次撞击问题。 (5)考虑压电叠堆的机-电耦合效应和柔性构件的惯性效应,提出了研究微纳米压电惯性冲击式驱动系统多次撞击问题的动态子结构法。通过与实验结果和弹簧-质量模型的计算结果的比较,表明该方法可以合理地模拟被驱动物体的步进式运动和多次撞击行为。 以上为动态子结构方法有效应用于复杂柔性系统多次撞击动力学行为研究打下了一定的基础,


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