弹性细杆弯扭度有突变时的Lagrange方程 被引量：1

1

作者 薛纭 王鹏 《动力学与控制学报》 2019年第5期473-477,共5页

根据弹性细杆静力学的Kirchhoff动力学比拟方法,将弹性细杆截面的弯扭度和形心应变矢有突变的弹性变形比拟为动力学中的打击运动现象.分别从精确Cosserat弹性细杆和Kirchhoff弹性细杆静力学的Lagrange方程出发,导出了弯扭度和形心应变... 根据弹性细杆静力学的Kirchhoff动力学比拟方法,将弹性细杆截面的弯扭度和形心应变矢有突变的弹性变形比拟为动力学中的打击运动现象.分别从精确Cosserat弹性细杆和Kirchhoff弹性细杆静力学的Lagrange方程出发,导出了弯扭度和形心应变矢有突变时的Lagrange方程,其形式与打击运动的Lagrange方程形式相同.分析了弯扭度和形心应变矢的突变对挠曲线光滑性的影响.为弹性细杆弯扭度有突变时的平衡分析提供分析力学方法. 展开更多

关键词 弹性细杆 分析力学 弯扭度突变 动力学比拟 打击运动

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Kirchhoff弹性杆动力学建模的分析力学方法 被引量：18

2

作者 薛纭 刘延柱 陈立群 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期3845-3851,共7页

以杆的横截面为研究对象,讨论了其自由度,给出了截面虚位移定义,并定义变分和偏微分运算对独立坐标服从交换关系.给出了曲面约束的基本假设,讨论了约束对截面自由度的影响以及加在虚位移上的限制方程.从D’Alembert原理出发结合虚功原理... 以杆的横截面为研究对象,讨论了其自由度,给出了截面虚位移定义,并定义变分和偏微分运算对独立坐标服从交换关系.给出了曲面约束的基本假设,讨论了约束对截面自由度的影响以及加在虚位移上的限制方程.从D’Alembert原理出发结合虚功原理,建立了弹性杆动力学的D’Alembert_Lagrange原理,当杆的材料服从线性本构关系时,化作Euler_Lagrange形式、Nielsen形式和Appell形式.由此导出了Kirchhoff方程以及Lagrange方程、Nielsen方程和Appell方程,得到了用截面弹性应变势能和转动动能表示的能量关系式.对于受曲面约束情形,导出了带乘子的Lagrange方程.建立了弹性杆动力学的积分变分原理的数学表达式,在线性本构关系下化作Hamilton原理的数学表达式.用正则变量描述截面的状态,定义了Hamilton函数,导出了Hamilton正则方程.构筑了弹性杆动力学建模的分析方法———双自变量分析力学的理论框架. 展开更多

关键词 超细长弹性杆 分析力学方法 Kirchhoff动力学比拟 变分原理

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基于高斯原理的Cosserat弹性杆动力学模型 被引量：12

3

作者 刘延柱 薛纭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期190-194,共5页

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... 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. 展开更多

关键词 高斯原理 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 Cosserat弹性杆

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圆截面弹性螺旋杆的稳定性与振动 被引量：9

4

作者 刘延柱 盛立伟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期2305-2310,共6页

基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性螺旋杆的动力学问题.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系,建立用欧拉角描述的弹性杆动力学方程.讨论其在端部轴向力和扭矩作用下保持的无扭转螺旋线平衡状态.在静力学和动力学领域内讨论其平衡稳定性问题... 基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性螺旋杆的动力学问题.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系,建立用欧拉角描述的弹性杆动力学方程.讨论其在端部轴向力和扭矩作用下保持的无扭转螺旋线平衡状态.在静力学和动力学领域内讨论其平衡稳定性问题.还讨论了弹性杆平衡的Lyapunov稳定性和欧拉稳定性两种不同稳定性概念之间的区别和联系.在一次近似意义下证明了螺旋杆在空间域内的欧拉稳定性条件是时域内Lyapunov稳定性的必要条件.导出了解析形式螺旋杆三维弯曲振动的固有频率,为螺旋线倾角和受扰挠性线波数的函数. 展开更多

关键词 弹性螺旋杆 Kirchhoff动力学比拟 LYAPUNOV稳定性 欧拉稳定性

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轴向受压螺旋杆的平衡稳定性 被引量：7

5

作者 刘延柱 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期256-260,共5页

在K irchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Eu ler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Eu ler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得... 在K irchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Eu ler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Eu ler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果.根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件.但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Eu ler稳定性.导出临界载荷和临界扭转数的计算公式.螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角.螺旋角趋近于π/2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Eu ler载荷一致.文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释. 展开更多

关键词 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 LYAPUNOV稳定性 Euler临界载荷 平衡稳定性 轴向受压 螺旋杆 LYAPUNOV Euler角 临界载荷

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弹性介质中任意形状细长曲梁的Cosserat模型 被引量：4

6

作者 刘延柱 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期77-82,共6页

Kirchhoff动力学比拟理论使动力学的概念和方法进入弹性杆力学的研究领域。Cosserat弹性杆模型考虑Kirchhoff模型所忽略的截面剪切变形、中心线伸缩变形和分布载荷等因素,更适合工程中大变形细长梁的动力学建模。该文以弹性介质中任意... Kirchhoff动力学比拟理论使动力学的概念和方法进入弹性杆力学的研究领域。Cosserat弹性杆模型考虑Kirchhoff模型所忽略的截面剪切变形、中心线伸缩变形和分布载荷等因素,更适合工程中大变形细长梁的动力学建模。该文以弹性介质中任意形状中心线的圆截面细长曲梁为对象,基于Cosserat模型建立以截面的姿态角和挠度为未知变量的精确动力学方程。其直梁小变形特例为弹性介质中的Timoshenko梁。将Lyapunov运动稳定性理论的时间变量置换为空间变量,可用于判断梁的平衡稳定性。以弹性介质中轴向受压Timoshenko梁为例,讨论梁平衡状态的Lyapunov稳定性与欧拉失稳传统概念之间的区别和相互联系。导致梁屈曲的欧拉载荷可利用满足Lyapunov稳定性梁的受扰挠性线和端部约束条件导出。在一次近似条件下证明空间域内的Lyapunov稳定性和欧拉稳定性是时间域内的Lyapunov稳定性的必要条件。 展开更多

关键词 弹性介质中的曲梁 Kirchhoff动力学比拟 Cosserat弹性杆模型 LYAPUNOV稳定性 欧拉载荷

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松弛状态非圆截面弹性螺旋细杆的稳定性 被引量：3

7

作者 刘延柱 《动力学与控制学报》 2005年第4期12-16,共5页

研究松弛状态下的非圆截面弹性螺旋细杆,即带有原始曲率和挠率的非圆截面弹性杆的平衡稳定性问题.基于Kirchhoff动力学比拟,建立用欧拉角表达的弹性杆动力学方程.忽略线加速度引起的微小惯性力,仅考虑截面转动的动力学效应,使欧拉方程封... 研究松弛状态下的非圆截面弹性螺旋细杆,即带有原始曲率和挠率的非圆截面弹性杆的平衡稳定性问题.基于Kirchhoff动力学比拟,建立用欧拉角表达的弹性杆动力学方程.忽略线加速度引起的微小惯性力,仅考虑截面转动的动力学效应,使欧拉方程封闭.证明松弛状态下的非圆截面螺旋杆无论在空间域或时域均满足一次近似意义下的Lyapunov稳定性条件.从而为螺旋形态弹性细杆存在于自然界中的广泛性和稳定性作出理论解释.提示负泊松比材料的螺旋杆可能不稳定. 展开更多

关键词 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 LYAPUNOV稳定性

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弹性杆的Greenhill公式与Kirchhoff动力学比拟 被引量：2

8

作者 薛纭 翁德玮 陈立群 《动力学与控制学报》 2011年第3期193-196,共4页

Kirchhoff动力学比拟思想建立了弹性杆静力学与刚体定点转动动力学之间在概念和方法上的对应关系.受拉扭弹性直杆的平衡比拟于Lagrange重陀螺绕铅锤轴的永久转动.根据一次近似理论,考察了两者稳定判据的建立过程,表明其在稳定性上的比拟... Kirchhoff动力学比拟思想建立了弹性杆静力学与刚体定点转动动力学之间在概念和方法上的对应关系.受拉扭弹性直杆的平衡比拟于Lagrange重陀螺绕铅锤轴的永久转动.根据一次近似理论,考察了两者稳定判据的建立过程,表明其在稳定性上的比拟是Lyapunov意义上的.在此基础上进一步讨论了两端铰支时拉扭弹性直杆的Euler稳定性,并导出亦由Greenhill首先得到的临界载荷计算公式.表明拉扭弹性直杆在两端铰支时的Euler稳定性不同于Lyapunov稳定性,其主要症结在于Euler稳定性中边界条件不受扰动,而Lyapunov稳定性是初值受扰动,两者有区别. 展开更多

关键词 Greenhill公式 Kirchhoff动力学比拟 稳定性条件 Lagrange重陀螺 弹性杆

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受拉扭弹性细杆超螺旋形态的定性分析 被引量：2

9

作者 刘延柱 薛纭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期5936-5941,共6页

基于弹性杆的Kirchhoff模型讨论受拉扭弹性细杆的超螺旋形态.导出细长螺旋杆的等效抗弯和抗扭刚度.分析受拉扭弹性细杆的稳定性和分岔,且利用等效刚度概念将弹性杆的稳定性条件应用于对细长螺旋杆稳定性的判断.在扭矩不变条件下增加拉... 基于弹性杆的Kirchhoff模型讨论受拉扭弹性细杆的超螺旋形态.导出细长螺旋杆的等效抗弯和抗扭刚度.分析受拉扭弹性细杆的稳定性和分岔,且利用等效刚度概念将弹性杆的稳定性条件应用于对细长螺旋杆稳定性的判断.在扭矩不变条件下增加拉力至极限值时,直杆平衡状态失稳转为螺旋杆状态.继续增加拉力,直螺旋杆平衡状态失稳卷绕为超螺旋杆.从而对Thompson/Champney实验中受拉扭弹性细杆形成超螺旋形态的多次卷绕现象作出定性的理论解释. 展开更多

关键词 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 等效刚度 超螺旋形态

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Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广 被引量：1

10

作者 薛纭 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期234-247,共14页

将弹性细杆的“Kirchhoff动力学比拟”方法推广到弹性薄壳,使弹性薄壳的变形在物理概念上和刚体的运动对应,在数学表述上等同,从而可以用刚体动力学的理论和方法研究弹性薄壳的变形,为连续的弹性薄壳提供新的离散化方法.在直法线假设下... 将弹性细杆的“Kirchhoff动力学比拟”方法推广到弹性薄壳,使弹性薄壳的变形在物理概念上和刚体的运动对应,在数学表述上等同,从而可以用刚体动力学的理论和方法研究弹性薄壳的变形,为连续的弹性薄壳提供新的离散化方法.在直法线假设下,在弹性中面上构筑空间正交轴系,此轴系沿坐标线“运动”的角速度构成两自变量的弯扭度.沿两个坐标线的弯扭度表达了弹性薄壳的变形和位形,证明了弯扭度之间以及弯扭度与中面切矢间的相容关系.用Euler角和Lame系数表达了非完整约束和中面位形的微分方程,用弯扭度和Lame系数表达了应变和应力以及内力及其本构方程.导出了用分布内力集度表达的弹性薄壳在变形后位形上的平衡偏微分方程组,方程的形式与刚体动力学的Euler方程和弹性细杆的Kirchhoff方程具有相似性,实现了Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广.总结了弹性薄壳静力学和刚体动力学以及弹性细杆静力学在概念上的比拟关系.最后给出了一个算例.为研究弹性薄壳的变形和运动提供新的建模方法和研究思路.也可进一步推广到弹性薄壳动力学. 展开更多

关键词 KIRCHHOFF 动力学比拟 弹性薄壳静力学 刚体动力学 弯扭度

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松弛状态圆截面螺旋细杆的弹性波传播 被引量：1

11

作者 刘延柱 盛立伟 《动力学与控制学报》 2006年第4期289-293,共5页

研究松弛状态下的圆截面弹性螺旋细杆,即带有原始曲率和挠率的非圆截面弹性杆的动力学问题.基于Kirchhoff动力学比拟,建立欧拉角表达的弹性杆动力学方程.考虑截面的线加速度和角加速度的惯性效应.在一次近似意义下讨论松弛状态圆截面螺... 研究松弛状态下的圆截面弹性螺旋细杆,即带有原始曲率和挠率的非圆截面弹性杆的动力学问题.基于Kirchhoff动力学比拟,建立欧拉角表达的弹性杆动力学方程.考虑截面的线加速度和角加速度的惯性效应.在一次近似意义下讨论松弛状态圆截面螺旋杆的静态和动态稳定性.证明在空间域内保持静态稳定,在波数大于1条件下亦满足时域内的动态稳定性条件.讨论弯扭变形弹性波在螺旋杆内的传播,导出波速与波数之间的对应关系. 展开更多

关键词 弹性细杆 Kirchhoff动力学比拟 稳定性 弹性波传播

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圆截面弹性细杆的平面振动 被引量：1

12

作者 刘延柱 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2005年第3期32-34,共3页

基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性细杆的平面振动.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系建立动力学方程.杆作平面运动时,其扭转振动与弯曲振动解耦.讨论任意形状杆的扭转振动和轴向受压直杆在无扭转条件下的弯曲振动,证明直杆平衡的静态Lya... 基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性细杆的平面振动.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系建立动力学方程.杆作平面运动时,其扭转振动与弯曲振动解耦.讨论任意形状杆的扭转振动和轴向受压直杆在无扭转条件下的弯曲振动,证明直杆平衡的静态Lyapunov稳定性与欧拉稳定性条件为动态稳定性的必要条件. 考虑轴向力和截面转动惯性效应的影响,导出弯曲振动的固有频率. 展开更多

关键词 弹性细杆 Kirchho行动力学比拟 弯曲振 扭转振动

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