多体系统中大变形柔性梁的建模及动力学仿真

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1、义连键足丈葦＇ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ眉±享恆巧文ＤＯＣＴＯ民ＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ；（＾］多体系统中大变形柔性梁的建模及动力学仿真学科专业＿＿弯兰莖皂卸作者姓名＾３＾＇具教ＩＩ吴志刚教授巧巾＿立祖坚——朗２（Ｈ５年１１月答辩日＿＿＿博±学位论文多体系统中大变形柔性梁的建模及动力学仿真ＭｏｄｅｌｉｎａｎｄＤｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＬａｒｅＤｅｆｏ

2、ｒｍａｔｉｏｎＦｌｅｘｉｂｌｅｇｙｇＢｅａｍｓｉｎＭｕｌｔｉｂｏｄｙＳｓｔｅｍｓｙ作者姓名：张志冈Ｕ学科、专业：动力学与控制学号：１１００３０１７指导教师：吴志刚教授齐朝時教授完成日期：２０１５年１０月乂連巧工乂＃ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研巧工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用内容和致谢的地

3、方外，本论文不包含其他个人或一。集体已经发表的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任学位论文题目：《体系统中大变形柔性梁的建橫及动力举仿真作者签名：談袁阿１日期；年月如日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有巧保留

4、论文并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进斤检索，可从采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。＞Ｉ学位论文题目：《化系统中大巧形柔性梁的建横及动力学仿真？忘，曰期２Ｐ／Ｊ／Ｉ月如日作者签名：豕＾１：年导怖签名：矣ｆ為１為碱件曰瓶於／ｒ年ｄ月含〇日｜：：王Ｐ化年月答辩委员会主席《旅未曰期｜；０日大连理王大学博±学位论文摘要细长梁是机械系统中应用最广泛的柔性部件，也是柔性

5、多体系统动力学中最受关往一的研究对象之。随着轻质材料的广泛应用和现代机械系统运行速度的提高，柔性梁的动力学特性变得极其复杂，表现为大范围刚体运动与梁自身大变形的賴合效应越来越显著。基于小变形、小转动假设的传统柔性多体系统建模方法已经无法为这类系统的分析和设计提供可靠的数值仿真结果，。本文对大变形梁的建模理论及刚柔锅合系统动力学方程的数值求解方法做了深入研巧。凡何精确梁理论在刚性截面假设基础上定义了具有客观性的应变度量，可用于分析－大位移大转动情况下梁的变形。基于平面几

6、何精确ＥｕｌｅｒＢｅｍｏｕｌｌｉ梁内力虚功率，提出一种适用于多体系统中大变形平面梁建模的应变插值梁单元了。由于与梁应变能直接相关的是应变而非位移，因而选取单元轴向应变和曲率作为基本变量进斤离散，不受单元自身刚体位移大小影响，且能得到形式简洁的单元节点力和单刚矩阵。单元两端截面的＂＂、位移和转角由几何方程积分得到形屯，充分计及了动力刚化项。所构造应变插值梁单元不仅适用于小变形问题，同样能够用于大变形平面梁的刚柔稱合动力学分析。现有的空间几何精确梁单元大多采取了对轴线变形和截

7、面转动独立插值的策略，在对细长梁建模时常常引起剪切用锁等困难，构造。本文充分考虑了细长梁变形锅合关系一ｕｅｒ－ｅｍｏｕ。Ｌ了种适用于多体系统中大变形空间梁建模的空间ＥｌＢｌｌｉ梁单元义睛性坐标系下节点处的位移矢量和截面转动矢量为单元参数，通过对轴线变形和截面转动进行賴合插值，构造了梁截面始终与轴线切向保持垂直的单元变形场，。Ｗ此为基础利用几何一精确梁理论推导了空间梁单元的节点力列阵、切线酣度矩阵和致质量矩阵。所提出空ｅｒ－间Ｅｕ，ｌＢｅｍｏｕｌｌｉ梁单元不仅适用于多体系统

8、动力学中大变形空间梁的建模也可用于细长结构的几何非线性分析。一柔性多体系统的动力学方程往往是姐刚性方程，其数值求解具有相当难度。目前普遍应用的刚性方程数值解法，其基本思想是通过数值阻尼来滤除高频响应。虽然也成功地解决了许多问题，但其计算效率仍然不能令人满意。通过将系统内力表达式中瞬时应变修正为一小段时间间隔内的平均应变一，提出了种柔性多体系统动力学滤频建模的平均应变方法，。该方法能够为系统方程引入应变阻尼项和应变惯性项通常情况下所建模型可用非刚性方程求解器进行仿真求解