典型弹性构件冲击理想弹性体的瞬态动力学行为研究

【作者】 王松； 王永； 黄志龙；

【机构】 浙江大学航空航天学院应用力学研究所；

【摘要】 本文通过理论分析、有限元仿真和实验技术研究典型弹性构件冲击理想弹性体的瞬态动力学行为。具体讨论平直弹性构件冲击理想弹簧(组)问题及弹性薄壁圆环冲击理想弹性壁面问题。对于平直弹性构件冲击理想弹簧(组)问题,通过在约束运动和自由运动之间反复替换边界条件和初始条件,建立了基于模态叠加思想的统一分析程式。具体研究等直杆冲击理想弹簧、等直梁于其中点垂直冲击理想弹簧及等直梁于其两端垂直冲击两等刚度理想弹簧三个问题。研究表明:平直构件的恢复系数及无量纲回弹时间仅取决于理想弹簧和弹性构件的刚度比;等直杆冲击问题仅发生一次碰撞,且在特定刚度比时恢复系数取极值,而等直梁冲击问题则不同,随刚度比增大,出现多次碰撞现象且恢复系数随之发生复杂的波动现象。对于弹性薄壁圆环冲击理想弹性壁面问题,通过假设模态导出约束运动和自由运动相应的动力学方程组,同样由初始条件和边界条件的反复替换给出冲击回弹的全过程。研究表明:薄壁圆环的恢复系数和无量纲回弹时间不仅依赖于无量纲刚度,还依赖于无量纲初始速度及圆环厚径比;随无量纲刚度增大出现多次碰撞现象,恢复系数单调下降且趋于极限值。上述典型构件冲击问题的理论分析结果均由有限元模拟结果证实;对平直构件冲击问题,进一步讨论了弹簧质量对回弹行为的影响,而对薄壁圆环冲击问题,从实验上证实了多次碰撞现象的存在性。更多还原