旋转中心刚体-FGM梁刚柔热耦合动力学特性研究

摘要

cqvip:对旋转中心刚体-功能梯度材料(functionally graded material,FGM)梁刚柔热耦合动力学特性进行研究.FGM梁为物理性能参数沿厚度方向呈幂律分布的欧拉伯努利梁.考虑柔性梁的横向弯曲变形和轴向拉伸变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合变形量.考虑变截面空心梁在外部高温、内冷通道冷却情况下的热力耦合对系统动力学特性的影响,求解得到FGM梁沿厚度方向分布的温度场,进而在本构关系中计入热应变.采用假设模态法对柔性梁变形场进行离散,运用第二类拉格朗日方程推导得到系统的刚柔热耦合动力学方程,并编制动力学仿真软件,然后通过仿真算例对系统的动力学问题进行研究.结果表明:不同截面梁动力学响应差异较大,因此需对实际系统合理建模;大范围运动已知时,考虑热冲击载荷的FGM梁将有效抑制横向弯曲变形,而大范围运动恒定时随热冲击的叠加会出现高频振荡;大范围运动未知时,外力矩和热冲击载荷相互作用产生热力耦合效应,导致系统呈现高频振荡,同时与中心刚体大范围旋转运动产生刚柔热耦合效应.