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环形弹性杆扭转失稳特性的研究及应用
1
作者 谢琦 袁卫锋 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期174-181,共8页
建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环... 建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环失稳的独特现象;动力学分析表明,环形弹性杆抗扭的变形模态和突跳翻转的时机不但依赖于其几何及材料性质,而且和扭转速度相关。据此,提出了一种单自由度功能-结构一体式机构,可通过环形弹性杆的扭转产生复杂的波浪形运动并被应用于仿生机器鱼的运动驱动中。与传统的机构相比,环形弹性杆机构结构简单,易于控制,在软体机器人设计中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 环形弹性杆 扭转失稳 有限元 仿生机器鱼
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基于Abaqus的CFRP薄壁弹性杆卷绕应力仿真与研究
2
作者 赵山杉 贾倩 贺淇楝 《价值工程》 2024年第5期136-139,共4页
CFRP(Carbon-Fiber-Reinforced-Plastic)薄壁弹性杆可展机构当前在空间可展支撑机构领域应用广泛,关于其力学性能的研究和设计优化是当前研究的热点。本研究基于Abaqus有限元仿真软件,对厚度为0.8~0.9mm的CFRP薄壁弹性杆的收展过程进行... CFRP(Carbon-Fiber-Reinforced-Plastic)薄壁弹性杆可展机构当前在空间可展支撑机构领域应用广泛,关于其力学性能的研究和设计优化是当前研究的热点。本研究基于Abaqus有限元仿真软件,对厚度为0.8~0.9mm的CFRP薄壁弹性杆的收展过程进行了力学仿真模拟,得到了CFRP薄壁弹性杆在直径100mm的卷筒上达到指定弯曲状态时的应力分布结果,验证了CFRP薄壁弹性杆的强度并归纳总结了CFRP薄壁弹性杆弯曲时的应力分布规律。 展开更多
关键词 薄壁弹性杆 空间可展机构 收展过程 有限元 CFRP
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基于超细长弹性杆模型的斜拉索参数振动分析 被引量:1
3
作者 管永乐 王鹏 刘百强 《动力学与控制学报》 2024年第9期37-44,共8页
将超细长弹性杆力学模型应用于描述大跨度斜拉桥拉索的非线性振动行为.首先,在假设拉索静态位形为悬链线型的基础上,考虑斜拉索的几何非线性、垂度和抗弯刚度,推导了拉索在轴向激励作用下的多模态非线性振动方程.其次,通过多尺度法对该... 将超细长弹性杆力学模型应用于描述大跨度斜拉桥拉索的非线性振动行为.首先,在假设拉索静态位形为悬链线型的基础上,考虑斜拉索的几何非线性、垂度和抗弯刚度,推导了拉索在轴向激励作用下的多模态非线性振动方程.其次,通过多尺度法对该振动方程求解,得到拉索发生主共振、主参数共振和3∶1次共振的常解存在条件;再根据Lyapunov近似稳定性判据进一步揭示振幅稳态解的渐进稳定条件.最后,通过近似解与数值解的对比分析,研究频率比、激励幅值和拉索阻尼对拉索振动特性的影响关系.结果表明:基于弹性杆模型的拉索振幅值略大于弹性梁模型,且拉索发生主参数共振的最小起振幅值有所降低;增大阻尼可一定程度上减小拉索的振动,但抑制效果有限,故控制激励幅值是减小拉索振动的有效方法. 展开更多
关键词 Kirchhoff弹性杆方程 斜拉索 轴向激励 参数振动 多尺度法
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系有集中质量的均匀与非均匀弹性杆的振动问题 被引量:4
4
作者 郑镇汉 姚正安 《华中师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 2006年第4期524-526,531,共4页
讨论并求解了一端系有集中质量再与弹簧连接的均匀弹性杆振动问题;以及一端系有集中质量的非均匀弹性杆振动问题.讨论了各种情况,这些情况给出了以前文献上研究过的许多结果,从而说明问题及解的普遍性.
关键词 均匀弹性杆 非均匀弹性杆 集中质量 振动
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带分布时滞和阻尼项的偶阶中立型广义弹性杆方程组的振动性分析
5
作者 林文贤 《韩山师范学院学报》 2024年第6期1-7,共7页
讨论了一类非线性广义弹性杆组的振动性分析,引入一类新型函数,再利用广义Riccati方法,在不须利用特征值定理前提下,获得了该广义弹性杆组在Robin边界条件下每个解振动一些充分性定理,推广了相关文献的结论.
关键词 广义弹性杆方程组 分布时滞 振动性 中立型
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轴线存在应变时弹性杆力学的两个概念 被引量:4
6
作者 薛纭 翁德玮 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2011年第5期65-67,共3页
讨论Kirchhoff弹性杆力学向精确Cosserat弹性杆推广中的两个概念:轴线切向量对截面法向量是怎样偏离以及本构方程中应变矢和弯扭度的基准问题.从单元体的剪应变出发,导出了截面法矢、轴线切矢以及剪应变矢三者关系,即Cosserat弹性杆的... 讨论Kirchhoff弹性杆力学向精确Cosserat弹性杆推广中的两个概念:轴线切向量对截面法向量是怎样偏离以及本构方程中应变矢和弯扭度的基准问题.从单元体的剪应变出发,导出了截面法矢、轴线切矢以及剪应变矢三者关系,即Cosserat弹性杆的变形几何关系;从Hook定律出发,论证了在一次近似下本构方程中的截面弯扭度和形心应变矢都以原始弧坐标为基准. 展开更多
关键词 精确Cosserat弹性杆 Kirchhoff弹性杆 几何关系 线弹性本构方程
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非保守粘弹性杆稳定性的差分解法
7
作者 赵凤群 王忠民 张瑞平 《西北纺织工学院学报》 1997年第4期367-371,共5页
用有限差分法得到了经典约束下的粘弹性杆在随从力作用下的复特征值方程,再用拟牛顿法求解,得到了简支和悬臂非保守粘弹性杆的一阶复特征值问题的复频率的实部和虚部与随从力的关系曲线.而非保守弹性杆的问题可作为本文的特例.
关键词 弹性杆 稳定性 有限差分法 非保守粘弹性杆
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超细长弹性杆的分析力学问题 被引量:27
8
作者 薛纭 刘延柱 陈立群 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期485-493,共9页
超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型,其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点.虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上,用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献,但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论.本文研... 超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型,其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点.虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上,用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献,但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论.本文研究了超细长弹性杆分析力学的若干基础性问题.对杆截面的自由度、虚位移、约束方程及约束力等基本概念给出严格的定义和表达式.建立弹性杆平衡的D'Alembert-Lagrange原理、Jourdain原理和Gauss原理;从D'Alembert-Lagrange原理导出Hamilton原理.从变分原理出发导出Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程和Hamilton正则方程;对于受约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程。讨论了Lagrange方程的首次积分.对于杆中心线存在尖点的情形,导出了微段杆平衡的近似方程. 展开更多
关键词 超细长弹性杆 Kirchhoff动力学比拟 分析力学 静力学 虚位移 变分原理
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非线性弹性杆波动方程的摄动分析 被引量:9
9
作者 吕克璞 郭鹏 +2 位作者 张磊 易金桥 段文山 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2006年第9期1079-1083,共5页
针对计入横向惯性效应后的非线性弹性杆纵向波动方程进行了分析.在小振幅、长波长的一般情况下,根据远方场简单波理论,采用约化摄动法,得到了NLS方程,并讨论了存在NLS孤子的条件.
关键词 非线性弹性杆 远方场 NLS方程
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弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲 被引量:10
10
作者 韩志军 程国强 张善元 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期401-406,共6页
基于能量关系,应用功率原理对弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲问题进行了讨论。用幂级数解法,理论上给出了该问题的级数解,同时考虑了应力波传播及反射对屈曲的影响。通过理论分析和数值计算,得到了临界速度与冲击质量以及临界时间... 基于能量关系,应用功率原理对弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲问题进行了讨论。用幂级数解法,理论上给出了该问题的级数解,同时考虑了应力波传播及反射对屈曲的影响。通过理论分析和数值计算,得到了临界速度与冲击质量以及临界时间的关系,给出了发生屈曲时的临界条件。 展开更多
关键词 固体力学 动力屈曲 功率原理 弹性杆 应力波 临界条件 幂级数
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基于Cosserat弹性杆理论的柔性线缆物理建模方法 被引量:12
11
作者 林海立 刘检华 +1 位作者 唐承统 刘佳顺 《图学学报》 CSCD 北大核心 2016年第1期34-42,共9页
针对虚拟环境中线缆敷设过程仿真的线缆建模问题,提出一种基于Cosserat弹性杆理论的柔性线缆物理建模方法。该方法在线缆离散模型的基础上根据Cosserat弹性杆理论导出线缆的总体势能,并通过优化算法得到线缆总体势能最小时的线缆形态,... 针对虚拟环境中线缆敷设过程仿真的线缆建模问题,提出一种基于Cosserat弹性杆理论的柔性线缆物理建模方法。该方法在线缆离散模型的基础上根据Cosserat弹性杆理论导出线缆的总体势能,并通过优化算法得到线缆总体势能最小时的线缆形态,即线缆的平衡状态。模型考虑到线缆的柔性和连续性,能够模拟线缆的弯曲和扭转变形;通过对线缆进行离散表达,实现了对线缆总体势能的数值求解;引入罚函数将求解线缆总体势能最小值问题转化为非线性无约束优化问题;非线性无约束优化问题的求解采用信赖域方法,提高了求解的稳定性。设计并开发了虚拟环境中的线缆敷设过程仿真原型系统,并进行实例验证,证明该方法的可行性。 展开更多
关键词 线缆 物理建模 敷设仿真 Cosserat弹性杆理论 能量最小
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Cosserat生长弹性杆动力学的Gauss最小拘束原理 被引量:11
12
作者 薛纭 曲佳乐 陈立群 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第7期700-709,共10页
以自然界中具有生长、变形和运动特征的细长体为背景,用经典力学中的Gauss最小拘束原理研究生长弹性杆的动力学建模问题.在为生长弹性杆动力学建模提供新方法的同时,扩大了Gauss原理的应用范围.以Cosserat弹性杆为对象,分析弹性杆生长... 以自然界中具有生长、变形和运动特征的细长体为背景,用经典力学中的Gauss最小拘束原理研究生长弹性杆的动力学建模问题.在为生长弹性杆动力学建模提供新方法的同时,扩大了Gauss原理的应用范围.以Cosserat弹性杆为对象,分析弹性杆生长和变形的几何规则,表明生长应变和弹性应变是非线性耦合的;本构方程给出了截面的内力与弹性变形的线性关系;利用逆并矢,将经典力学中的Gauss原理和Gauss最小拘束原理用于生长弹性杆动力学,得到等价的两种表现形式,反映了时间和弧坐标在表述上的对称性,由此导出了封闭的动力学微分方程.给出了两种形式的最小拘束函数,表明生长弹性杆的实际运动使拘束函数取驻值,且为最小值.最后讨论了生长弹性杆的约束与条件极值等问题. 展开更多
关键词 生长弹性杆动力学 大变形 Gauss最小拘束原理 分析动力学 逆并矢
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一类非线性弹性杆波动方程的求解 被引量:5
13
作者 郭鹏 张磊 +1 位作者 吕克璞 段文山 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第1期57-61,共5页
对计入横向惯性效应后的非线性弹性杆纵向波动方程进行了分析,得到了一类非线性波动方程,并用完全近似方法求出了该方程的近似解析解.
关键词 非线性弹性杆 完全近似法 KDV方程 组合KdV方程和mKdV方程
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非线性弹性杆的异常动态响应 被引量:4
14
作者 张年梅 韩强 +1 位作者 杨桂通 徐秉业 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2000年第9期909-915,共7页
讨论了拉伸速度呈周期变化的受拉非线性弹性直杆的动力行为· 采用Melnikov方法研究时发现 ,材料的非线性使得动力响应发生异常 ,对确定的直杆而言 ,当拉伸速度超过某个临界值时 ,动力系统将出现次谐分岔和混沌·
关键词 异宿轨道 非线性弹性杆 动力系统 异常动态响应
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超细长弹性杆精确模型的运动学问题 被引量:6
15
作者 薛纭 翁德玮 陈立群 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2009年第1期116-120,共5页
作为研究DNA等生物大分子链力学行为的模型,考察弹性细杆精确模型截面随弧坐标和时间的运动学问题。给出了基本假定,用映射的概念阐明离散化思想,得到了杆的运动学方程,导出了存在拉/压变形时弯扭度和角速度的关系;定义了截面的虚位移,... 作为研究DNA等生物大分子链力学行为的模型,考察弹性细杆精确模型截面随弧坐标和时间的运动学问题。给出了基本假定,用映射的概念阐明离散化思想,得到了杆的运动学方程,导出了存在拉/压变形时弯扭度和角速度的关系;定义了截面的虚位移,表示为弧坐标和时间变分均为零的变分法则,在微分和变分运算次序可以交换的前提下,导出了截面虚角位移的导数与截面弯扭度以及角速度变分的关系,为建立超细长弹性杆精确模型动力学的分析力学方法准备理论基础。 展开更多
关键词 超细长弹性杆 精确模型 运动学 几何概念 虚位移
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非线性弹性杆中纵波传播过程的数值模拟 被引量:3
16
作者 胡伟鹏 韩爱红 邓子辰 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期8-13,共6页
基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了包含材料非线性效应和几何弥散效应的非线性弹性杆中纵波传播问题。导出了其Bridges意义下的多辛形式及其多种守恒律,并构造了等价于Box多辛格式的隐式多辛格式对不考虑材料非线性效应和几何弥散... 基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了包含材料非线性效应和几何弥散效应的非线性弹性杆中纵波传播问题。导出了其Bridges意义下的多辛形式及其多种守恒律,并构造了等价于Box多辛格式的隐式多辛格式对不考虑材料非线性效应和几何弥散效应、只考虑材料非线性效应、只考虑几何弥散效应、同时考虑材料非线性效应和几何弥散效应四种情况下不同截面参数的圆杆中的纵波传播过程进行数值模拟,模拟结果不仅全面地反映了非线性效应和几何弥散效应对纵波传播的影响,而且也反映了多辛方法的两大优点:精确的保持多种守恒律和良好的长时间数值行为。 展开更多
关键词 数值模拟 多辛 非线性弹性杆 纵波方程
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负载模拟器弹性杆的结构优化与有限元分析 被引量:2
17
作者 杨瑞峰 刘志凯 +1 位作者 郭晨霞 张鹏 《中国测试》 CAS 北大核心 2016年第5期119-123,共5页
为提高电动负载模拟器中弹性杆的性能,对其进行结构优化与有限元分析。根据扭转强度条件,确定弹性杆的最小直径;根据电动负载模拟器的加载梯度,对弹性杆的长度进行优化设计;以减小弹性杆所受应力为原则,运用零阶优化算法对过渡圆角半径... 为提高电动负载模拟器中弹性杆的性能,对其进行结构优化与有限元分析。根据扭转强度条件,确定弹性杆的最小直径;根据电动负载模拟器的加载梯度,对弹性杆的长度进行优化设计;以减小弹性杆所受应力为原则,运用零阶优化算法对过渡圆角半径进行优化设计,得到最优解。利用ANSYS软件对弹性杆进行模态和疲劳寿命的有限元分析,仿真结果表明弹性杆的固有频率和疲劳寿命满足电动负载模拟器的使用要求。研究结果对弹性杆在电动负载模拟器中充分发挥作用以及进一步的优化设计具有指导意义。 展开更多
关键词 电动负载模拟器 弹性杆 结构优化设计 模态分析 疲劳寿命分析
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广义非线性超弹性杆波动方程的行波解 被引量:3
18
作者 张大珩 丁丹平 洪宝剑 《江南大学学报(自然科学版)》 CAS 2006年第5期620-623,共4页
研究了广义非线性超弹性杆波动方程ut-utxx+12g′(u)ux=γ(2uxuxx+uuxxx)行波解的存在性,这里t∈(0,+∞),x∈(-∞,+∞),g(u)是关于u的多项式.通过讨论方程的极限零点和非极限零点,获得了保证其行波解存在惟一性的充分条件.
关键词 弹性杆波动方程 行波解 极限零点
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弹性杆与结构接触冲击的冲击力计算研究 被引量:3
19
作者 黄剑敏 任文敏 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第3期115-123,共9页
本文提出了一种将杆与结构的接触冲击问题简化为集中力与集中阻尼的常规结构动力学问题的计算模型。对于大型结构,可采用一种特殊的人工边界,只需对人工边界域内的结构用有限元法进行计算。这种人工边界是齐次的。
关键词 弹性杆 结构接触冲击 大型 结构 冲击力
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非线性弹性杆中的孤波解及其数值分析 被引量:3
20
作者 韩强 郑向锋 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期92-96,共5页
推导了非线性弹性杆中波动方程的一般形式 ,采用修正的完全近似法 ,得到了孤波的渐近解 ,并对其进行了数值分析 ,发现了钟状和振荡型两种孤波 .理论和数值分析表明 ,孤波是由材料非线性和杆的横向效应相互作用引起的 ,其传播速度与波幅... 推导了非线性弹性杆中波动方程的一般形式 ,采用修正的完全近似法 ,得到了孤波的渐近解 ,并对其进行了数值分析 ,发现了钟状和振荡型两种孤波 .理论和数值分析表明 ,孤波是由材料非线性和杆的横向效应相互作用引起的 ,其传播速度与波幅有关 ,波幅越大 ,波传播速度越大 ;波宽与波速的平方根成反比 ,波速越大 ,波宽越窄 ; 展开更多
关键词 非线性弹性杆 孤波 KdV—mKdV方程 数值分析
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