柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊瞬態(tài)動力學(xué)研究.pdf

1、柔性桿結(jié)構(gòu)是工程中普遍使用的一類構(gòu)件。柔性桿之間的重復(fù)撞擊問題因為撞擊瞬態(tài)響應(yīng)的復(fù)雜性和撞擊與分離過程切換造成的變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合關(guān)系，在理論和數(shù)值研究中一直存在較大困難。本文采用“全連續(xù)體模型”，基于彈性動力學(xué)理論中的瞬態(tài)波函數(shù)法，對四類柔性桿結(jié)構(gòu)的重復(fù)撞擊瞬態(tài)響應(yīng)問題進(jìn)行了理論和數(shù)值研究。本文的主要研究工作包括： (1)應(yīng)用瞬態(tài)波函數(shù)的特征值展開法，推導(dǎo)了四類柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊問題的撞擊過程和分離過程的瞬態(tài)響應(yīng)，給出了完整的重復(fù)

2、撞擊瞬態(tài)波函數(shù)解，能夠充分考慮撞擊瞬態(tài)波傳播的影響，可以對重復(fù)撞擊瞬態(tài)響應(yīng)作較為精確的分析。 (2)基于柔性桿結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊過程的瞬態(tài)波函數(shù)理論解，采用撞擊接觸過程中的臨時組合結(jié)構(gòu)，以撞擊接觸面上的瞬態(tài)內(nèi)力計算撞擊力響應(yīng)。并基于我們以前的研究結(jié)論，提出了柔性結(jié)構(gòu)重復(fù)撞擊力響應(yīng)求解的瞬態(tài)波內(nèi)力法，可以成為解決重復(fù)撞擊力計算問題的合理方法。 (3)通過四種柔性桿重復(fù)撞擊結(jié)構(gòu)和梁與桿重復(fù)撞擊結(jié)構(gòu)的數(shù)值研究表明，瞬態(tài)波內(nèi)力法求解的

3、重復(fù)撞擊力響應(yīng)，對時間步長和截取模態(tài)均具有數(shù)值收斂性。 (4)應(yīng)用瞬態(tài)波函數(shù)的特征值展開法和重復(fù)撞擊力求解的瞬態(tài)波內(nèi)力法，建立了柔性桿結(jié)構(gòu)的重復(fù)撞擊問題的研究方法，首次完成了自由飛行柔性桿對固支桿，強(qiáng)迫運動柔性桿對固支桿，考慮阻尼效應(yīng)的強(qiáng)迫運動柔性桿對固支桿，以及強(qiáng)迫運動柔性桿對變截面固支桿的重復(fù)撞擊問題的理論和數(shù)值求解。 (5)分別采用經(jīng)典特征線法和瞬態(tài)波函數(shù)解析法，研究了自由飛行桿與固支桿的共軸撞擊過程瞬態(tài)波傳播及二

4、次撞擊現(xiàn)象，得到了二次撞擊區(qū)的分布規(guī)律。 (6)對受動載驅(qū)動的柔性桿重復(fù)撞擊固支桿問題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計算，結(jié)果表明本文方法能夠捕捉到歷時很短，幅值較低的微撞擊沖量的“次撞擊”過程。 (7)考慮阻尼效應(yīng)，對受動載驅(qū)動的柔性桿重復(fù)撞擊固支桿問題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計算，探討了阻尼效應(yīng)對系統(tǒng)的短期響應(yīng)和長期響應(yīng)的影響。 (8)對受動載驅(qū)動的柔性桿重復(fù)撞擊變截面固支桿問題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計算，比較了階梯桿不同橫截面比