黎亮　章定国　郭永彬

摘要：基于刚柔耦合动力学和热力学建模理论，研究变温度场环境下的旋转柔性功能梯度梁系统的动力学问题。功能梯度梁由陶瓷和金属两种材料组成，假设梁的典型物性参数为梁厚度方向坐标的幂函数。设计两种材料梯度分布规律，考虑功能梯度梁上任意位置附着集中质量，在梁纵向位移中计及由于横向变形而引起的纵向缩短项，即非线性耦合变形量。考虑温度梯度变化对系统动力学特性的影响，求解得到功能梯度梁沿厚度方向分布的温度场，在功能梯度梁本构关系式中计及热应变。采用假设模态法描述变形，运用第二类Lagrange方程推导得到系统的刚柔耦合动力学方程。仿真结果表明，集中质量位置和材料梯度分布规律的选取都将对系统动力学特性产生重大影响，第二种梯度分布规律下的功能梯度梁抗热载荷冲击性能优于第一种梯度分布规律下的功能梯度梁。

关键词：多体动力学；功能梯度材料梁；刚柔耦合；温度场

中图分类号：0313.7；0322

文献标志码：A

文章编号：1004-4523（2017）01-0009-11

DOI：10.16385/i.cnki.issn.1004-4523.2017.01.002

引言

在航空航天领域中，结构的运动部件往往在高温、高载的严酷工况下经历大范围运动，这使得航天器结构设计成为一个复杂、多学科交叉的问题。为满足各种复杂工况，既保证结构耐高温高热又不影响结构的强度特性，需要设计出新型功能复合材料并建立相应复合结构的多物理场耦合动力学模型。

中心刚体一柔性梁系统是一类具有代表性的刚柔耦合系统简化模型，有关该模型的动力学建模方法的研究以及刚柔耦合问题的研究工作已经日臻完善。……