旋轉(zhuǎn)葉片的結(jié)構運動與變形耦合建模及分析.pdf

1、為研究旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構的運動與變形耦合效應,本文建立了一端帶有集中質(zhì)量一端固定在轉(zhuǎn)動剛體上無質(zhì)量柔性梁的運動與變形耦合模型,考察該模型的振動頻率及動力學響應,并研究轉(zhuǎn)速和偏心位置對系統(tǒng)動力學特性的影響。在此基礎上,考察旋轉(zhuǎn)葉片的建模方法,采用懸臂梁模型簡化葉片,利用劉占芳課題組提出的運動學描述,運用Hamilton原理建立旋轉(zhuǎn)葉片動力學方程,并采用有限單元法來進行離散。研究了旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構的動力學特性以及動力響應,并分析了由旋轉(zhuǎn)運動與變形耦合

2、帶來的附加慣性力對頻率和響應的影響。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　①研究了旋轉(zhuǎn)剛體上一端連接集中質(zhì)量一端固定的無質(zhì)量柔性梁的雙自由度運動與變形耦合系統(tǒng)的動力特性和動力響應。柔性梁采用小變形的假設,并忽略集中質(zhì)量沿轉(zhuǎn)軸方向的運動,即集中質(zhì)量只在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)運動,由Hamilton原理出發(fā),建立了集中質(zhì)量的隨時間變化的動力學方程。在給定的恒轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)條件下,系統(tǒng)的兩階動頻與角速度的變化呈線性關系;從非旋轉(zhuǎn)條件下的固有頻率出發(fā)第一階

3、頻率線性下降,而第二階頻率線性上升。當給定梁的位移彈性極限,系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速可能由位移與角速度的關系來確定。對于變角速度旋轉(zhuǎn),以變加速再恒速,恒速一段時間后再變減速直至角速度為零的變化規(guī)律進行分析,得到了四個階段的動力響應和運動軌跡,分析了由于旋轉(zhuǎn)和變形耦合產(chǎn)生的附加慣性力對動力響應的影響。
　?、谠贛indlin偶應力彈性理論的基礎上,采用劉占芳課題組提出的含偶應力的廣義彈性體力學模型,通過虛功原理和各向同性張量函數(shù)線性表示定理,

4、修正了偶應力與描述旋轉(zhuǎn)變形的曲率張量之間的本構關系。對旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構用懸臂梁模型進行簡化,以固定坐標系描述剛體運動,固結(jié)在懸臂梁上的浮動坐標系描述平動變形和旋轉(zhuǎn)變形,應用Hamilton原理,得到旋轉(zhuǎn)葉片的運動與變形耦合的動力學方程。
　　③使用有限元方法來求解動力學方程:增加轉(zhuǎn)角為獨立變量,利用罰函數(shù)法引入約束條件,采用8結(jié)點48自由度的六面體等參元對旋轉(zhuǎn)葉片進行離散,得到有限元控制方程。采用Newmark方法求解了葉片在定轉(zhuǎn)速及