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基于高斯原理的Cosserat弹性杆动力学模型
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O343.6[理学—固体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]上海交通大学工程力学系,上海200240, [2]上海应用技术学院机械工程学院,上海201418
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11372195)资助的课题.
中文摘要:

在动力学普遍原理中,高斯最小拘束原理的特点是可通过寻求函数极值的变分方法直接得出运动规律,而无须建立动力学微分方程.Kirchhoff动力学比拟方法以刚性截面的姿态表述弹性细杆的几何形态,并发展为以弧坐标s和时间t为自变量的弹性杆分析力学.由于截面姿态的局部微小改变沿弧坐标的积累不受限制,Kirchhoff模型适合描述弹性杆的超大变形.Cosserat弹性杆模型考虑了Kirchhoff模型忽略的截面剪切变形、中心线伸缩变形和分布力等因素,是更符合实际弹性杆的动力学模型.建立了基于高斯原理的Cosserat弹性杆的分析力学模型,导出拘束函数的普遍形式,以平面运动为例进行讨论.关于弹性杆空间不可自相侵占的特殊问题,给出相应的约束条件对可能运动施加限制,以避免自相侵占情况发生.

英文摘要:

Based on the generalized principles of dynamics, the/eature ot ~auss prmclpm o~ Jeas~ co~1~1~11,~ l~ law can be directly obtained by using the variation method of seeking the minimal value of the constraint function without establishing any dynamic differential equations. According to the Kirchhoff's dynamic analogy, the configuration of an elastic rod can be described by the rotation of rigid cross section of the rod along the centerline. Since the local small change of the attitude of cross section can be accumulated infinitely along the arc-coordinate, the Kirchhoff's model is suited to describe the super-large deformation of elastic rod. Therefore the analytical mechanics of elastic rod with arc-coordinate s and time t as double arguments has been developed. The Cosserat model of elastic rod takes into consideration the factors neglected by the Kirchhoff model, such as the shear deformation of cross section, the tensile deformation of centerline, and distributed load, so it is more suitable to modeling a real elastic rod. In this paper, the model of the Cosserat rod is established based on the Gauss principle, and the constraint function of the rod is derived in the general form. The plane motion of the rod is discussed as a special case. As regards the special problem that different p~rts of the rod in space are unable to self-invade each other, a constraint condition is derived to restrict the possible configurations in variation calculation so as to avoid the invading possibility.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876