平面梁大挠度非线性问题的完备解与柔顺机构精确建模

发布时间：2018-01-03 04:24

  本文关键词：平面梁大挠度非线性问题的完备解与柔顺机构精确建模　出处：《西安电子科技大学》2013年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 柔顺机构 大挠度 椭圆积分 应变能 屈曲 柔性铰链

【摘要】：柔顺机构是一种利用构件本身的弹性变形（挠性）获得部分或全部运动的装置，与传统的刚体机构相比，具有精度高、成本低、零件数少等优点，因此受到了学术界和工业界的广泛关注。由于柔顺机构运动常常伴随着复杂的大挠度非线性变形过程，这使柔顺机构的分析和设计变得异常困难。因此，构建高效且精准的平面大挠度梁分析方法，进而实现柔顺机构的精确建模，是柔顺机构研究取得突破性进展的关键。 本文基于Bernoulli-Euler梁理论，给出了平面细长梁在大挠度情况下的通用表达式。通过引入表示拐点个数的变量以及表示弯矩方向的参数，得到了大挠度梁的完备椭圆积分解，该完备解可用来求解任意拐点数的变形以及各种末端载荷情况的细长梁变形形态。给出了纯力载荷、纯弯矩载荷以及力和弯矩同时加载情况下运用完备椭圆积分解进行求解的流程和方法，并可求解出满足给定参数条件的全部解。通过多个典型算例，展示了完备椭圆积分解在对多拐点情况和大角度变形问题以及各种复杂载荷的求解能力。 针对大挠度梁求解中存在的多解问题，介绍了基于最小作用量原理的合理解判断准则，并从基本应力应变关系出发，得到了大挠度梁中应变能的完备椭圆积分解。以固定 导向柔顺机构和圆弧导向柔顺机构为例，运用应变能的完备解和最小作用量原理对机构的实际运动路径进行甄别，相关结果得到了实验的证实。 在完备椭圆积分解的基础上，分析了不同边值条件下斜支梁的屈曲临界力以及后屈曲的变形模式。完备椭圆积分解在各种边值条件下可直接简化得到相应的屈曲临界力计算公式，而这些公式在一定条件下又可进一步退化为经典材料力学中压杆稳定临界载荷的计算公式（即欧拉公式）。通过多个算例展现了斜支梁优美多变的后屈曲变形曲线，并分析了后屈曲状态下斜支梁的载荷位移特性。 运用大挠度梁的完备椭圆积分解，为交叉铰链和LITF铰链建立了精确的分析模型。通过对交叉铰链实例的大转角分析，展现了这类铰链在大转角情况下刚度非线性显著增强的特性，并预测了簧片存在拐点的变形情况，给出了交叉铰链所能承受的最大载荷以及最大转角。非线性有限元的结果验证了完备椭圆积分解对交叉铰链建模的正确性。实验结果证实了完备椭圆积分解模型所预测的交叉铰链的屈曲变形形状。通过对正向LITF铰链和负向LITF铰链两个实例的分析，得到了LITF铰链在不同载荷情况下的最大转角，以及相应的许用载荷范围的预测方法。非线性有限元的分析结果验证了完备椭圆积分解对LITF铰链建模的正确性，，给出了利用有限元方法进行LITF铰链屈曲分析的建模方法，并通过实例验证了其有效性。 最后，以部分柔顺四杆机构、连杆曲线导向柔顺机构和三段式全柔顺双稳态机构为例，运用完备椭圆积分解对它们进行了精确的静力学建模研究，相关结果得到了非线性有限元以及机构样机实验的验证。通过运行时间比较我们得知，基于完备椭圆积分解的精确模型计算效率远高于非线性有限元模型。 总得来说，由于缺乏有效的建模方法，柔顺机构设计（特别是详细设计阶段）长期依赖于非线性有限元方法，而非线性有限元方法计算效率低，且常常得到不符合工程实际的解，这较为严重地制约了柔顺机构的发展和工程应用。本论文所给出的完备椭圆积分解，在柔顺机构建模问题上效率和准确性都表现出优异的性能，因此我们希望在不久的将来将它发展成为柔顺机构建模的重要工具之一。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李海燕,张宪民,彭惠青;柔顺机构的疲劳可靠性优化设计[J];中国机械工程;2004年23期

2 李海燕,张宪民,彭惠青;大变形柔顺机构的驱动特性研究[J];机械科学与技术;2004年09期

3 谢先海,廖道训;基于多刚体离散元模型的柔顺机构动力分析新方法[J];机械工程学报;2003年05期

4 谢先海,廖道训;基于均匀化方法的柔顺机构的设计[J];中国机械工程;2003年11期

5 陈永健;机电耦合及应力约束的柔顺机构拓扑优化设计[J];汕头大学学报(自然科学版);2004年04期

6 刘少芳,张宪民,陈永健;基于均匀化方法的柔顺机构的拓扑优化设计[J];机械设计与研究;2004年06期

7 罗锋武,谢先海,廖道训;柔顺机构的机械效益[J];湘潭矿业学院学报;2000年03期

8 张宪民;柔顺机构拓扑优化设计[J];机械工程学报;2003年11期

9 彭惠青,张宪民,李海燕;长行程精密定位平台的设计[J];机电产品开发与创新;2004年02期

10 谢先海,罗锋武,廖道训;柔顺机构自由度的一种计算方法[J];华中理工大学学报;2000年02期

相关会议论文 前10条

1 王帅;苏刚;李洪谊;;基于柔性位移缩小机构的微夹持器研究[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

2 王政;高全学;党军锋;;设计手动杠杆——铰链装焊夹具的研究[A];第十次全国焊接会议论文集（第2册）[C];2001年

3 晋兵营;李燕;唐豫桂;;基于I-DEAS的渐开线齿轮精确建模研究[A];河南省汽车工程学会首届科研学术研讨会论文集[C];2004年

4 万琳;赵亮;范军;刘涛;;潜艇的精确建模及回声特性分析[A];中国声学学会2001年青年学术会议[CYCA'01]论文集[C];2001年

5 夏国春;;长江重要堤防隐蔽工程黄冈陈港口段铰链砼沉排护岸工程施工[A];中国水利学会2003学术年会论文集[C];2003年

6 张上上;;旋转铰链型人工膝关节临床应用近期疗效观察[A];第七届全国创伤学术会议暨2009海峡两岸创伤医学论坛论文汇编[C];2009年

7 谢杰;向明;陈杭;杨国勇;;运用铰链外固定支架治疗难复性肘关节脱位疗效初步分析[A];第六届西部骨科论坛暨贵州省骨科年会论文汇编[C];2010年

8 钟习九;;钢结构井架吊装方法选择与探讨[A];矿山建设学术会议论文选集[C];2002年

9 张家驷;;铰链四杆机构磨损计算[A];第七届全国摩擦学大会论文集（二）[C];2002年

10 刘明黎;;YTK6121型客车行李舱门[A];2004年中国客车行业发展论坛暨中国客车学术年会论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 包斯文;小小铰链过海闯世界[N];中国冶金报;2002年

2 河南 王素军;国产CD/VCD随身听断裂仓盖修理方法[N];电子报;2006年

3 记者 周旭娇;输秘鲁合页铰链不受反倾销[N];东莞日报;2009年

4 本报实习记者 黄伟;康华抗争10年终胜眼镜铰链之争[N];中国知识产权报;2009年

5 兴华;教您慧眼识别进口五金配件[N];中国建材报;2007年

6 本报记者 袁嘉 实习生 叶舒影 李慧;穗轮：田野上的都市[N];中华新闻报;2006年

7 周昌明;小铰链趣味无穷[N];中国商报;2001年

8 刘方;沃尔沃：兴建铰链式货车涂装加工车间[N];现代物流报;2008年

9 王能仲;城安围船厂攻克“南海211”多项技术难题[N];中国船舶报;2006年

10 ;时尚艺术家的印记[N];通信产业报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 张爱梅;平面梁大挠度非线性问题的完备解与柔顺机构精确建模[D];西安电子科技大学;2013年

2 占金青;基于基础结构法的柔顺机构拓扑优化设计研究[D];华南理工大学;2010年

3 李冬梅;多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D];华南理工大学;2011年

4 吴乐彬;基于电液伺服并联六自由度机构的广义负载模拟理论和实验研究[D];浙江大学;2010年

5 王雯静;柔顺机构动力学分析与综合[D];北京工业大学;2009年

6 李娜;具有二阶非完整约束的铰接多刚体系统动力学建模与应用研究[D];燕山大学;2010年

7 艾琳;英汉双关的认知语用研究[D];上海外国语大学;2007年

8 王浩刚;电大尺寸含腔体复杂目标矢量电磁散射一体化精确建模与高效算法研究[D];电子科技大学;2001年

9 姚海英;介质以及涂敷介质结构电磁散射特性的基础研究——积分方程法及其快速求解[D];电子科技大学;2002年

10 郭祖华;并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D];北京航空航天大学;2002年

相关硕士学位论文 前10条

1 庞敬磊;多稳态柔顺机构综合方法的研究[D];北方工业大学;2012年

2 李莉莉;大变形的链式算法及其在柔顺机构分析中的应用[D];西安电子科技大学;2012年

3 刘文涛;面向柔顺机构的拓扑优化设计应用拓展研究[D];东华大学;2013年

4 康利君;基于两种柔顺单元柔顺机构的动力学研究与仿真[D];中北大学;2013年

5 张程燮;基于拓扑优化的柔顺机构应力强度设计方法研究[D];东华大学;2011年

6 孙东波;柔顺储能脚的伪刚体建模研究[D];燕山大学;2010年

7 杜云磊;柔性构件大变形分析及其在柔顺机构建模中的应用[D];西安电子科技大学;2012年

8 陈美文;微小型扫描反射镜的柔顺机构设计及仿真建模[D];西安电子科技大学;2012年

9 杜文婷;典型柔性铰链和柔顺机构疲劳性能及损伤识别研究[D];华南理工大学;2011年

10 王婷;基于载荷路径法的机翼可变后缘柔顺结构拓扑优化研究[D];南京航空航天大学;2010年

本文编号：1372360