具有有限弹性部件的机械结构动力学分析

发布时间：2017-06-11 14:03

  本文关键词：具有有限弹性部件的机械结构动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济社会的不断进步和科学技术水平的持续提高,机械工业的发展更加成为不可或缺的重要推动力量,而随着机械部件尺度的增大、结构重量的减轻、运行速度的提高和操作精度的精确,使得对机械产品的设计和分析方法都提出了更高的要求。在上述发展趋势下针对高速度、大位移较长臂架的起重机,为提出更加合理和安全可靠的设计分析方法来满足生产使用,将起重机臂架部分构件看成弹性体、部分构件看成刚体,进而对起重机臂架系统进行刚柔耦合动力学建模,以满足对精准、快捷的臂架系统进行运动弹性动力学计算分析的需要。在对刚柔耦合系统进行动力学分析时,本文中所涉及到的刚柔耦合包含两个方面,一方面指的是系统中的单元在动力学建模时,考虑刚性大位移与弹性小变形之间的耦合,另一方面指的是在对系统进行动力学建模中,把整个系统的单元部分看成刚性体部分看成柔性体,从而系统可以看成刚性体单元和柔性体单元组成的刚柔耦合系统。本文的研究特色在于在计算单元位移场时,摒弃了传统的一阶线性理论,而是在单元的横向变形与纵向变形中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用,并在两个方向上考虑变形的二次耦合项,得到基于二阶理论下高精度位移场。基于拉格朗日方程,推导相关单元在随动坐标系下的单元动力学方程,并将推导的高精度位移场应用于单元动力学方程之中,求解计算相关动力学方程中的系数矩阵,并对高精度位移场下的系数矩阵的准确性进行验证。通过坐标变换法则,将随动坐标下的单元动力学方程转化为整体坐标下的单元动力学方程,参照有限元组装规则和方法,完成单元向系统的动力学方程的集成,从而建立起整体坐标下的刚柔耦合系统的动力学方程,并求解整体坐标下系统动力学方程中的系数矩阵。在得到系统动力学方程之后,在其求解方面,综合考虑传统KED方法和柔性多体动力学方法,寻求一种兼顾求解效率和求解精度的计算方法。利用上述理论和方法,先对简单算例进行动力学建模和动力学分析,继而对具有主副臂结构的起重机的臂架系统进行刚柔耦合动力学建模,对其变幅过程动力学特性进行分析,为起重机的相关结构设计提供理论依据。
【关键词】：动力学分析 刚柔耦合系统 柔性梁杆单元 高精度位移场
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的目的和意义9-11
• 1.2 国内外在该方向上的研究现状和分析11-14
• 1.2.1 多柔体系统动力学研究现状11-13
• 1.2.2 刚柔耦合系统动力学发展现状13-14
• 1.2.3 刚柔耦合系统动力学研究分析中存在的问题14
• 1.3 本文研究的主要内容14-17
• 第2章 压弯耦合作用下运动柔性单元的高精度位移场描述17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 几何方程物理方程和变形场17-18
• 2.3 基于插值原理的典型梁杆单元位移场18-21
• 2.4 柔性梁杆单元形心轴位移场21-23
• 2.4.1 压弯耦合作用下的轴向缩短21-22
• 2.4.2 柔性梁杆单元形心轴的横向位移场22-23
• 2.5 柔性梁杆单元整体位移场23-29
• 2.5.1 柔性梁杆单元纵向位移场23-25
• 2.5.2 柔性梁杆单元横向位移场25-28
• 2.5.3 柔性梁杆单元位移场表达式28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 运动柔性梁杆单元的动力学建模30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 随动坐标系下任意柔性单元的运动描述30-31
• 3.3 基于拉格朗日方程下的柔性梁杆单元动力学方程31-34
• 3.3.1 任意柔性梁杆单元动力学方程31-33
• 3.3.2 平面问题下柔性梁单元动力学方程33-34
• 3.3.3 平面问题下柔性杆单元动力学方程34
• 3.4 高精度位移场下的柔性梁杆单元动力学方程系数的确定34-42
• 3.4.1 柔性梁单元动力学方程中刚度阵表达式34-36
• 3.4.2 柔性梁单元动力学方程质量阵等其它矩阵表达式36-39
• 3.4.3 柔性梁单元动力学方程系数矩阵的具体表达式39-41
• 3.4.4 柔性杆单元动力学方程系数矩阵的具体表达式41-42
• 3.5 基于高精度位移场的柔性梁单元刚度阵精度验证42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 大范围运动的刚柔耦合系统动力学方程的集成45-69
• 4.1 引言45
• 4.2 平面刚性体单元动力学方程45-48
• 4.3 等效元素集成法的运用48-52
• 4.3.1 等效元素集成法48-50
• 4.3.2 等效刚性体单元及刚性体系统的建模50-52
• 4.4 整体坐标下的单元动力学方程52-64
• 4.4.1 柔性梁单元整体坐标下的动力学方程52-60
• 4.4.2 柔性杆单元整体坐标下的动力学方程60-63
• 4.4.3 刚性体单元整体坐标下的动力学方程63-64
• 4.5 刚柔耦合系统动力学方程的集成64-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第5章 主副臂结构的臂架系统变幅过程动力学分析69-83
• 5.1 引言69
• 5.2 刚柔耦合系统动力学方程求解69-72
• 5.2.1 刚柔耦合动力学方程求解方法69-71
• 5.2.2 刚柔耦合动力学方程求解流程71-72
• 5.3 曲柄滑块机构刚柔耦合系统动力学分析72-76
• 5.4 主副臂结构的臂架系统变幅过程动力学分析76-82
• 5.4.1 主副臂结构的臂架系统机构参数76-77
• 5.4.2 刚柔耦合系统动力学方程的建立77-80
• 5.4.3 刚柔耦合系统动力学方程计算结果80-82
• 5.5 本章小结82-83
• 结论83-84
• 参考文献84-89
• 致谢89

  本文关键词：具有有限弹性部件的机械结构动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：441714