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具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁的精确动力学建模 被引量:17
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作者 和兴锁 邓峰岩 王睿 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期1428-1436,共9页
研究具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁的有限元动力学建模.首先在精确描述空间柔性梁的非线性变形的基础上,采用有限元方法对梁结构进行离散,导出其动能、势能及外力对应的广义力,然后利用Lagrange方程建立了空间柔性梁的精确动... 研究具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁的有限元动力学建模.首先在精确描述空间柔性梁的非线性变形的基础上,采用有限元方法对梁结构进行离散,导出其动能、势能及外力对应的广义力,然后利用Lagrange方程建立了空间柔性梁的精确动力学方程.该方程在原有一次耦合模型的基础上,增加了新的表征纵向、横向、侧向弯曲变形,以及扭转变形的耦合项,同时包含了变形运动与大范围运动之间的相互耦合项.本建模方法和所得结论可为以后空间柔性梁的动力学特性分析作以参考. 展开更多
关键词 大范围运动 非线性变形 空间柔性梁 精确动力学建模
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对于具有大范围运动和非线性变形的柔性梁的有限元动力学建模 被引量:16
2
作者 和兴锁 邓峰岩 +1 位作者 吴根勇 王睿 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期25-29,共5页
研究具有大范围运动和非线性变形的柔性梁的有限元动力学建模.采用有限元方法对梁结构进行离散,利用Lagrange方程建立系统的精确动力学方程.该方程不仅增加了新的表征纵向、横向、侧向弯曲变形,以及扭转变形的耦合项,同时包含了变形运... 研究具有大范围运动和非线性变形的柔性梁的有限元动力学建模.采用有限元方法对梁结构进行离散,利用Lagrange方程建立系统的精确动力学方程.该方程不仅增加了新的表征纵向、横向、侧向弯曲变形,以及扭转变形的耦合项,同时包含了变形运动与大范围运动之间的相互耦合项. 展开更多
关键词 大范围运动 非线性变形 柔性梁 有限元动力学建模
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基于应变的长输管道变形计算方法研究 被引量:13
3
作者 毅力琦 丁克勤 钱才富 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期310-313,共4页
论文提出了基于应变分析的管道变形计算方法.将管道看作梁,考虑轴线伸长的情况,根据梁大变形问题的几何方程建立应变与位移的关系,利用同一截面的不同位置及同一母线上不同位置的应变值,采用数值计算的方法通过应变与位移的关系式求解... 论文提出了基于应变分析的管道变形计算方法.将管道看作梁,考虑轴线伸长的情况,根据梁大变形问题的几何方程建立应变与位移的关系,利用同一截面的不同位置及同一母线上不同位置的应变值,采用数值计算的方法通过应变与位移的关系式求解得到梁的变形量. 展开更多
关键词 长输管道 梁大变形 应变分析 挠度
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大型风力机叶片非线性流固耦合模型 被引量:11
4
作者 吕品 廖明夫 尹尧杰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2126-2135,共10页
基于几何精确梁理论建立叶片的非线性结构模型,基于自由涡尾迹理论建立叶片的非定常流场模型,并采用分区弱耦合方法建立大型风力机的非线性气弹模型。通过与线性模型计算结果对比验证非线性结构模型对线性结果的正确性,采用风洞实验数... 基于几何精确梁理论建立叶片的非线性结构模型,基于自由涡尾迹理论建立叶片的非定常流场模型,并采用分区弱耦合方法建立大型风力机的非线性气弹模型。通过与线性模型计算结果对比验证非线性结构模型对线性结果的正确性,采用风洞实验数据验证自由涡尾迹模型的正确性。将该模型应用于NREL 5 MW的仿真计算,计算结果表明,该非线性气弹模型可以用于大型风力机在大载荷情况和考虑非定常流场的条件下的非线性响应仿真。 展开更多
关键词 风力发电 风力机叶片 大变形 非线性气弹模型 几何精确梁 自由涡尾迹
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弹性梁大挠度问题的纵横弯曲法 被引量:6
5
作者 王永岗 包力成 《甘肃工业大学学报》 1994年第2期59-63,共5页
将纵横弯曲的梁柱在原基准坐标系中的大变形问题转换到某一局部坐标系中,近似以小变形问题处理,建立起一组“三弯矩方程”组,使问题求解。通过算例,验证了本方法的正确性。
关键词 弹性梁 大变形 纵横弯曲法 挠度
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热载荷作用下大变形柔性梁刚柔耦合动力学分析 被引量:5
6
作者 刘锦阳 崔麟 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期48-53,共6页
从非线性应变-位移关系式出发,用虚功原理建立了热载荷作用的柔性梁的热传导方程和旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程。由于考虑了刚度阵的高次变形项,适用于大变形问题。对温度、弹性变形和刚体运动变量联合求解,研究了热流引起的... 从非线性应变-位移关系式出发,用虚功原理建立了热载荷作用的柔性梁的热传导方程和旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程。由于考虑了刚度阵的高次变形项,适用于大变形问题。对温度、弹性变形和刚体运动变量联合求解,研究了热流引起的温度梯度对弹性变形和刚体转动的影响,以及在大变形情况下的几何非线性效应。 展开更多
关键词 热载荷 大变形 柔性梁 几何非线性效应
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一种高阶频率可控的大变形梁单元
7
作者 张志刚 王栋银 +2 位作者 马新旋 王良文 王才东 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期14-20,68,共8页
针对大变形梁刚柔耦合系统数值仿真效率低的问题,提出一种高阶频率可控的平面梁单元。选取节点位置矢量和首末两端节点处的轴向位置梯度矢量为整体参数,利用三次样条插值构造梁的形心线;依据Euler-Bernoulli梁变形假设,由形心线切向确... 针对大变形梁刚柔耦合系统数值仿真效率低的问题,提出一种高阶频率可控的平面梁单元。选取节点位置矢量和首末两端节点处的轴向位置梯度矢量为整体参数,利用三次样条插值构造梁的形心线;依据Euler-Bernoulli梁变形假设,由形心线切向确定梁截面转角。从在模型层面滤除系统高频分量入手,采用一小段时间域内的平均内力代替虚功率方程中的瞬时内力,推导包含附加惯性项和阻尼项的大变形梁的控制方程。通过调整平均内力的时间区间长度参数,实现对系统方程中高频分量的控制,从而使常规显式算法也能被应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明应用所提出的大变形梁单元对刚柔耦合系统建模,能够在保证计算精度的同时大幅提升仿真求解效率。 展开更多
关键词 振动与波 大变形梁 高频分量 三次样条 刚性问题 刚柔偶合
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Isogeometric analysis of free-form Timoshenko curved beams including the nonlinear effects of large deformations 被引量:4
8
作者 Seyed Farhad Hosseini Ali Hashemian +1 位作者 Behnam Moetakef-Imani Saied Hadidimoud 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期728-743,共16页
In the present paper, the isogeometric analysis(IGA) of free-form planar curved beams is formulated based on the nonlinear Timoshenko beam theory to investigate the large deformation of beams with variable curvature... In the present paper, the isogeometric analysis(IGA) of free-form planar curved beams is formulated based on the nonlinear Timoshenko beam theory to investigate the large deformation of beams with variable curvature. Based on the isoparametric concept, the shape functions of the field variables(displacement and rotation) in a finite element analysis are considered to be the same as the non-uniform rational basis spline(NURBS) basis functions defining the geometry. The validity of the presented formulation is tested in five case studies covering a wide range of engineering curved structures including from straight and constant curvature to variable curvature beams. The nonlinear deformation results obtained by the presented method are compared to well-established benchmark examples and also compared to the results of linear and nonlinear finite element analyses. As the nonlinear load-deflection behavior of Timoshenko beams is the main topic of this article, the results strongly show the applicability of the IGA method to the large deformation analysis of free-form curved beams. Finally, it is interesting to notice that, until very recently, the large deformations analysis of free-form Timoshenko curved beams has not been considered in IGA by researchers. 展开更多
关键词 Curved beams NONLINEAR Timoshenko beam theory large deformation Isogeometric analysis NURBS curves
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三维大变形梁系统的动力学建模与仿真 被引量:5
9
作者 郑彤 章定国 洪嘉振 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第19期81-87,共7页
对三维大变形柔性梁系统的动力学建模和仿真进行了研究。采用绝对节点坐标法描述柔性体的大变形和大位移运动,并由此建立三维大变形柔性梁系统的动力学模型。在此动力学模型基础上,编制动力学仿真软件,实现了对三维大变形柔性梁系统的... 对三维大变形柔性梁系统的动力学建模和仿真进行了研究。采用绝对节点坐标法描述柔性体的大变形和大位移运动,并由此建立三维大变形柔性梁系统的动力学模型。在此动力学模型基础上,编制动力学仿真软件,实现了对三维大变形柔性梁系统的动力学仿真。给出了两个动力学仿真算例。第一个对柔性单摆自由下落进行了动力学仿真,并与现有文献结果相比较,验证了模型的正确性。第二个对空间柔性双摆的自由下落过程进行了动力学仿真,并将模型计算的结果与使用ADAMS软件计算的结果进行比较。研究结果表明,ADAMS在计算大变形物体动力学时具有局限性,而所得的模型能够有效地对三维大变形柔性梁系统的动力学进行仿真解决这类动力学问题。 展开更多
关键词 大变形 柔性梁系统 动力学 绝对节点坐标法 ADAMS
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Substructuring Technique for Dynamics Analysis of Flexible Beams with Large Deformation 被引量:3
10
作者 张建书 芮筱亭 +2 位作者 刘飞飞 周秦渤 顾利琳 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2017年第5期562-569,共8页
In this paper, the substructuring technique is extended for the dynamics simulation of flexible beams with large deformation. The dynamics equation of a spatial straight beam undergoing large displacement and small de... In this paper, the substructuring technique is extended for the dynamics simulation of flexible beams with large deformation. The dynamics equation of a spatial straight beam undergoing large displacement and small deformation is deduced by using the Jourdain variation principle and the model synthesis method. The longitudinal shortening effect due to the transversal deformation is taken into consideration in the dynamics equation. In this way, the geometric stiffening effect, which is also called stress stiffening effect, is accounted for in the dynamics equation. The transfer equation of the flexible beam is obtained by assembling the dynamics equation and the kinematic relationship between the two connection points of the flexible beam. Treating a flexible beam with small deformation as a substructure, one can solve the dynamics of a flexible beam with large deformation by using the substructuring technique and the transfer matrix method. The dynamics simulation of a flexible beam with large deformation is carried out by using the proposed approach and the results are verified by comparing with those obtained from Abaqus software. 展开更多
关键词 flexible beam large deformation SUBSTRUCTURE model synthesis
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Large deformation analysis of a cantilever beam made of axially functionally graded material by homotopy analysis method 被引量:2
11
作者 Xin LIN Yixin HUANG +1 位作者 Yang ZHAO Tianshu WANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2019年第10期1375-1386,共12页
Large deformation of a cantilever axially functionally graded (AFG) beam subject to a tip load is analytically studied using the homotopy analysis method (HAM). It is assumed that its Young’s modulus varies along the... Large deformation of a cantilever axially functionally graded (AFG) beam subject to a tip load is analytically studied using the homotopy analysis method (HAM). It is assumed that its Young’s modulus varies along the longitudinal direction according to a power law. Taking the solution of the corresponding homogeneous beam as the initial guess and obtaining a convergence region by adjusting an auxiliary parameter, the analytical expressions for large deformation of the AFG beam are provided. Results obtained by the HAM are compared with those obtained by the finite element method and those in the previous works to verify its validity. Good agreement is observed. A detailed parametric study is carried out. The results show that the axial material variation can greatly change the deformed configuration, which provides an approach to control and manage the deformation of beams. By tailoring the axial material distribution, a desired deformed configuration can be obtained for a specific load. The analytical solution presented herein can be a helpful tool for this procedure. 展开更多
关键词 large deformation beam AXIALLY functionally GRADED (AFG) material Euler-Bernoulli beam HOMOTOPY ANALYSIS method (HAM)
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基于应变梯度理论和逆有限元法的Timoshenko梁形状传感建模
12
作者 赵飞飞 郭彦浩 +2 位作者 保宏 王伟 张峰 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期71-85,共15页
大型结构的几何非线性变形严重威胁着结构体系的安全.因此,对在役结构变形进行实时监测具有重要意义.然而,目前基于线弹性理论提出的逆有限元法(iFEM)并不适用于非线性变形,为此,提出了一种非线性逆有限元法来建立结构形状感知模型.首... 大型结构的几何非线性变形严重威胁着结构体系的安全.因此,对在役结构变形进行实时监测具有重要意义.然而,目前基于线弹性理论提出的逆有限元法(iFEM)并不适用于非线性变形,为此,提出了一种非线性逆有限元法来建立结构形状感知模型.首先给出了应变梯度Timoshenko梁模型的运动学和动力学变量,并建立了其几何非线性变形控制方程.然后,推导出了转角函数的解析解,并建立了非线性形状感知模型.其中,采用等几何分析(IGA)方法构造插值形状函数.由于位移函数以旋转形式表示,所以可以有效地避免“剪切锁定”问题.随后,利用离散表面应变测量值推导出了实际转角函数,并建立了转角自由度在直角坐标系与曲线坐标系之间转换关系.最后,以一悬臂梁为例,将重构位移与理论位移进行了比较.数值结果表明,不论是集中荷载还是分布荷载,所提的非线性逆有限元法均具有良好的重构性能,重构误差都小于2.5%. 展开更多
关键词 TIMOSHENKO梁 应变梯度理论 逆有限元法 转角自由度 直角坐标系 形状函数 曲线坐标系 等几何分析
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基于AEMM法的大跨度预制T梁存梁中的变形分析 被引量:3
13
作者 周胜怡 周志祥 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第1期23-26,共4页
大跨度预制预应力T梁具有建设成本低、不影响交通的优点,但其存梁过程中的变形在加载龄期、预应力损失、截面特性变化及存放时间差异等各种因素影响下呈非线性变化,难以控制。以高精度的按龄期调整的有效模量法(AEMM)法为理论基础,运用M... 大跨度预制预应力T梁具有建设成本低、不影响交通的优点,但其存梁过程中的变形在加载龄期、预应力损失、截面特性变化及存放时间差异等各种因素影响下呈非线性变化,难以控制。以高精度的按龄期调整的有效模量法(AEMM)法为理论基础,运用MATLAB编制其相应的徐变分析模块,计算出最佳加载龄期及存放时间,并推荐预制时最优预拱度设置线形,从而使存梁中的复杂徐变问题得到完美解决。 展开更多
关键词 预制T梁 大跨度 变形分析 AEMM法 存梁
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大变形弹塑性梁的刚-柔耦合动力学特性 被引量:3
14
作者 石望 刘锦阳 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1469-1474,共6页
研究了大变形弹塑性梁的刚-柔耦合动力学特性.从弹塑性梁的非线性本构关系和非线性应变-位移关系出发,给出了曲率的精确表达式;基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了大变形弹塑性梁的动力学变分方程;用有限元法对梁进行离散,建立了大变... 研究了大变形弹塑性梁的刚-柔耦合动力学特性.从弹塑性梁的非线性本构关系和非线性应变-位移关系出发,给出了曲率的精确表达式;基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了大变形弹塑性梁的动力学变分方程;用有限元法对梁进行离散,建立了大变形弹塑性梁的刚-柔耦合动力学方程.对重力作用下的柔性单摆进行数值仿真.结果表明,弹塑性梁的横向变形呈现平均值大和振幅衰减的特征,计算结果较基于小变形理论的一次近似模型稳定,适用于大变形问题. 展开更多
关键词 大变形 弹塑性梁 非线性本构关系 动力学
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Large Deformation Analysis and Synthesis of Elastic Closed-loop Mechanism Made of a Certain Spring Wire Described by Free Curves 被引量:1
15
作者 IWATSUKI Nobuyuki KOSAKI Takashi 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期756-762,共7页
Recently novel mechanisms with compact size and without many mechanical elements such as bearing are strongly required for medical devices such as surgical operation devices. This paper describes analysis and synthesi... Recently novel mechanisms with compact size and without many mechanical elements such as bearing are strongly required for medical devices such as surgical operation devices. This paper describes analysis and synthesis of elastic link mechanisms of a single spring beam which can be manufactured by NC coiling machines. These mechanisms are expected as disposable micro forceps. Smooth Curvature Model(SCM) with 3rd order Legendre polynomial curvature functions is applied to calculate large deformation of a curved cantilever beam by taking account of the balance between external and internal elastic forces and moments. SCM is then extended to analyze large deformation of a closed-loop curved elastic beam which is composed of multiple free curved beams. A closed-loop elastic link is divided into two free curved cantilever beams each of which is assumed as serially connected free curved cantilever beams described with SCM. The sets of coefficients of Legendre polynomials of SCM in all free curved cantilever beams are determined by taking account of the force and moment balance at connecting point where external input force is applied. The sets of coefficients of Legendre polynomials of a nonleaded closed-loop elastic link are optimized to design a link mechanism which can generate specified output motion due to input force applied at the assumed dividing point. For example, two planar micro grippers with a single pulling input force are analyzed and designed. The elastic deformation analyzed with proposed method agrees very well with that calculated with FEM. The designed micro gripper can generate the desired pinching motion. The proposed method can contribute to design compact and simple elastic mechanisms without high calculation costs. 展开更多
关键词 elastic link mechanism CLOSED-LOOP spring beam large deformation analysis smooth curvature model force balance equation synthesi
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螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究 被引量:2
16
作者 张珂 张毅雄 +2 位作者 冯志鹏 黄旋 陈果 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期126-133,共8页
柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象,针对动力学建模和振动特性开展了实验研究,通过数值计算验证了实验发现的非... 柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象,针对动力学建模和振动特性开展了实验研究,通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架,开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明,螺栓连接的柔性梁较连续梁的(无螺栓连接)模态频率降低,阻尼增加,反映出随着激励能量增大,模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率,其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。 展开更多
关键词 螺栓连接 大变形梁 非线性模态 动力响应 实验测试
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火灾行为下H型钢梁的极限状态分析
17
作者 王春玲 董毓利 《山西建筑》 2006年第8期57-58,共2页
为了研究高温下钢梁的变形性能,使用ANSYS有限元程序建立了分析模型。计算分析了在小变形情况下梁的内力及变形;并且分析考察了由于梁挠度的增长而产生的悬链力对H型钢梁抗火承载力的影响。
关键词 悬链力 小变形 大变形 钢梁 抗火
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超长桁架变形的多点实时测量方法研究 被引量:1
18
作者 易力 陶卫 +1 位作者 高文俊 赵辉 《宇航计测技术》 CSCD 2016年第4期51-54,共4页
超长可伸展桁架结构广泛应用于各领域,对其变形测量有着重要意义,比较国内外现有的几种常见的超长可伸展桁架结构变形测量方法,指出现有方法的缺点和局限性。提出一种新的基于激光准直的无导轨超长桁架结构变形测量方法,以激光准直光束... 超长可伸展桁架结构广泛应用于各领域,对其变形测量有着重要意义,比较国内外现有的几种常见的超长可伸展桁架结构变形测量方法,指出现有方法的缺点和局限性。提出一种新的基于激光准直的无导轨超长桁架结构变形测量方法,以激光准直光束为测量基准,利用递进分光的方式,实现桁架结构的多点实时测量。分析方法原理后设计实验系统,完成初步测试,实验结果表明基于该方法的测量系统能测量桁架结构二维变形,且稳定性好,重复性误差小于1.1%,非线性误差小于0.6%。该方法无需采用移动的方式或利用导轨即可完成多点实时测量,环境适用性大大提高,还具有测量精度高、测量距离远、可拓展性好等优点,具有很好的发展前景。 展开更多
关键词 超长桁架 变形测量 分光 激光准直
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工程机械中大变形梁的工程算法探索
19
作者 刘宇新 倪长辉 +1 位作者 张洋 王雅妮 《中国工程机械学报》 北大核心 2022年第6期532-536,共5页
细长梁结构在各行各业中应用广泛,其中机械行业应用最多。精确计算细长梁几何非线性引起的受力变形,对机械设计具有极大意义。随着计算机智能技术的发展,对机械系统细长梁结构的变形计算除了精度要求外,还需要提升计算速度,传统的计算... 细长梁结构在各行各业中应用广泛,其中机械行业应用最多。精确计算细长梁几何非线性引起的受力变形,对机械设计具有极大意义。随着计算机智能技术的发展,对机械系统细长梁结构的变形计算除了精度要求外,还需要提升计算速度,传统的计算方法已经不能满足需求,本文提出一种满足精度要求的快速简化工程算法。 展开更多
关键词 大变形 细长梁 简化算法 工程机械
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大变形梁的动力学公式及本构关系 被引量:1
20
作者 齐朝晖 陆佑方 王彬 《吉林工业大学学报》 CSCD 1994年第1期24-30,共7页
本文基于虚功原理推导了大变形梁的动力学公式,并给出了线弹性材料梁的本构关系。
关键词 大变形 动力学 本构关系
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