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柔性梁撞击问题目前已有一定的研究成果,但是柔性梁横向撞击的瞬态响应和瞬态波传播的研究并不充分。因此本文主要研究柔性梁横向撞击的瞬态响应和瞬态波传播的动态子结构方法。
本文利用Eule-Bernoulli梁的基本假设,建立刚性小球撞击柔性悬臂梁自由端的力学模型。首先应用子结构方法对柔性梁进行离散,建立力学方程,并采用固定界面子结构方法进行求解,并用不同的离散方法对算例梁进行了计算。通过计算结果详细深入地讨论了子结构离散方法和主模态截断数对求解结果的影响,得到比较合理的离散方法和主模态截断数,可以更精确、高效地反映撞击过程。
本文详细研究了刚性小球撞击柔性悬臂梁自由端的撞击过程,计算了撞击力响应,位移、速度、角位移和角速度响应等的特性和规律,可以更加详细地分析撞击的瞬态力学行为。
最后,本文首次运用动态子结构方法研究了柔性梁在受到刚性质量撞击过程中的瞬态弯曲波的传播,包括应力波、挠度波、弯矩波和剪力波的传播特性,可以描述瞬态弯曲波传播的弥散特征。计算结果表明,可以采用动态子结构法合理地刻画柔性梁撞击过程中瞬态波传播的机理。由于动态子结构法与理论分析方法相比具有适用于复杂柔性结构的能力,又比动力有限元方法更为高效,并能够大大节约计算机资源,因此,动态子结构方法对研究柔性结构的撞击问题和撞击激发的瞬态波传播可能具有相当的潜力。