郭小炜， 刘占芳， 郝志明

(1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室， 重庆 400030；2.重庆大学航空航天学院， 重庆 400030；3.中国工程物理研究院总体工程研究所， 四川 绵阳 621900)



弹性体作定轴转动的耦合动力学模型与数值分析*

郭小炜1,2， 刘占芳1,2， 郝志明3

(1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室， 重庆 400030；2.重庆大学航空航天学院， 重庆 400030；3.中国工程物理研究院总体工程研究所， 四川 绵阳 621900)

应用含偶应力的弹性理论建立弹性力学模型，应变和曲率张量分别描述弹性体的平动变形和旋转变形,且分别对应于应力和偶应力两种内力。对已知定轴变转速刚体转动的情况，采用哈密尔顿原理建立了含偶应力弹性体作定轴刚体转动的运动与变形耦合动力学模型，模型计及了相对惯性力、离心力、科氏力和切向惯性力。考虑以弹性体的位移和变形转角为独立变量，利用约束变分原理建立了含偶应力弹性体作定轴刚体转动的有限元方程，其中单元离散采用8个节点48个自由度的三维六面体实体等参元。以绕定轴旋转的悬臂梁为例，数值分析了旋转悬臂梁的动力学特性和动力学响应。当幅值变化但刚体转速恒定时，旋转方梁的一阶特征频率出现随转速增加保持不变和下降两种情况。当刚体变转速时，考察了旋转悬臂梁位移、变形转角、动态应力以及偶应力的时变规律。该研究可为作定轴旋转系统的结构部件的动力学分析提供理论模型和数值分析方法。……