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空间弹性变形梁动力学的旋量系统理论方法
  • ISSN号:1000-0887
  • 期刊名称:《应用数学和力学》
  • 时间:0
  • 分类:TH112[机械工程—机械设计及理论] O302[理学—力学]
  • 作者机构:[1]北京航空航天大学机器人研究所,北京100191, [2]伦敦南岸大学计算机与信息学院,英国
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(50275002;50720135503)
中文摘要:

所谓空间弹性梁,即同时考虑受弯曲、拉伸和扭转等力作用而发生空间变形的梁.借助于刚体运动的旋量理论,引入了"变形旋量"这一概念,进而提出了空间弹性梁的旋量理论.在基本的运动学假设和材料力学理论基础上,分析并给出了梁的空间柔度.接着研究了空间弹性梁的动力学,用旋量理论分析了其动能和势能,从而得到了Lagrange算子.通过对边界条件和变形函数的讨论,进一步运用Rayleigh-Ritz方法计算了系统的振动频率.将空间弹性梁与纯弯曲、扭转或者拉伸等简单变形情况下的特征频率做了对比研究.最后,运用所提出的空间弹性梁理论研究了一关节轴线互相垂直的两空间柔性杆机械臂的动力学,通过动力学仿真发现了关节的刚性运动和空间柔性杆的弹性变形运动之间的耦合影响.该文的研究工作阐明了运用旋量系统理论解决具有空间弹性变形杆件的机构动力学问题的有效性.

英文摘要:

Beam with spatial compliance can be deformed as bending in the plane,twisting and extending.In terms of the screw theory on rigid body motion,the concept of'deflection screw'was introduced,spatial compliant beam theory via the deflection screw was then proposed,and the spatial compliance of such a beam system was presented and analysed based on material theory and fundamental kinematic assumptions.To study the dynamics of spatially compliant beam,the potential energy and the kinetic energy of the beam were discussed using screw theory,and then,the lagrangian was obtained.The Rayleigh-Ritz method was further used to compute the vibrational frequencies after a discussion of boundary conditions and shape functions.The eigenfrequencies of the beam with spatial compliance were compared with that of individual deformation cases,pure bending,extension or torsion.Finally,dynamics of a robot with two spatial compliant links and perpendicular joints was studied using the spatial compliant beam theory,and the coupling effects between the joint rigid body motions and the deformations of spatial compliant links can be easily found by our dynamic simulation.The study convinces that the effectiveness of using screw theory to deal with the problems of dynamic modeling and analysis of mechanisms with spatially compliant links.

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期刊信息
  • 《应用数学和力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:重庆交通大学
  • 主办单位:重庆交通大学
  • 主编:钟万勰
  • 地址:重庆南岸区重庆交通大学90信箱
  • 邮编:400074
  • 邮箱:applmathmech@cqjtu.edu.cn
  • 电话:023-62652450
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0887
  • 国内统一刊号:ISSN:50-1060/O3
  • 邮发代号:78-21
  • 获奖情况:
  • 国际工程索引(EI)收录期刊,我国力学类核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国数学评论(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,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:8965