作大范围运动柔性薄板的刚柔耦合动力学理论与数值分析

【摘要】： 工程中,许多复杂结构都可以简化为作大范围运动的柔性梁、板类结构,本文着重研究板类系统的刚柔耦合动力学性质。研究系统是一个典型的多柔体系统,其动力学问题与一般多刚体系统动力学有本质的区别,表现为大位移刚性运动与小位移变形运动之间的强烈耦合。本文以连续介质力学为基础,考虑柔性薄板中纵向、横向变形位移的耦合项,使用假设模态法对柔性结构进行离散,应用拉格朗日方程建立柔性薄板在空间作任意运动的刚柔耦合一次近似动力学方程。 对于作大范围运动的柔性薄板,分别仿真了大范围运动为转动和平动下柔性结构的动力学性质。并利用有限元分析软件ANSYS和动力学软件ADAMS对模型进行建模分析,通过软件计算来验证了理论推导的价值。研究发现,传统的混合坐标法是一种零次近似模型,这种方法无法正确描述系统的动力学行为；ANSYS和ADAMS在分析作高速定轴转动时失真,结果发散；高速时必须建立刚柔耦合一次近似动力学模型,才能正确描述系统的动力学行为。