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1、毕业论文考虑温度效应的柔性和柔顺机构弹性动力学研究作者姓名洪志伟廖铸成陈开智作者 学号自评成绩年级 专业2013 级数控技术指导教师侯文峰所在学院机电工程学院论文提交日期2015.10.10毕业设计及答辩评价意见指导教师评语:指导教师（签字）： 日期： 答辩委员会（评审小组）意见：答辩委员会主任（签字）： 日期： （评审小组组长）综合成绩I摘 要温度的变化不仅会使结构的材料特性发生变化，在结构内部产生温度应力，而且还会使结构的固有频率发生变化。机构的变形和应力不仅仅由机械力所产生，也可以由温度变化或温度场不均匀引起。本文对考虑温度效应的柔性机构和柔顺机构的弹性动力学问题作了以下研究：(1)对考
2、虑温度效应(瞬态和稳态)的柔性机构的弹性动力学问题进行了研究。在本构关系中计入了热应变，用虚功原理和有限元法推导了考虑温度效应的机构弹性动力学方程。研究了时变的 Runge-Kutta 法求解方法，并用 Runge-Kutta 法和闭式算法研究了柔性机构的应力随温度动态变化的情况，研究结果表明在研究柔性机构的动态响应时不能忽略由于温度变化所引起的温度效应。(2)采用有限元法建立理论分析模型，将单轴直圆柔性铰链作为变截面的三节点梁单元进行建模，每个节点有三个自由度，该单元可进行回转中心的偏移计算。用卡氏定理和求反力的方法推导了直圆柔性铰链的单元刚度矩阵；建立了高次项余弦函数的表达式，并用三角函数
3、的换元法求解得到直圆柔性铰链的单元质量矩阵的封闭解。推导直圆柔性铰链单元刚度矩阵和单元质量矩阵的过程具有通用性，对采用其它柔性铰链的柔顺机构的理论建模具有借鉴意义。(3)研究了一种外廓线为角圆形的双轴矩形截面柔性铰链，该新型柔性铰链可代替传统的双轴柔性铰链应用于空间多自由度柔顺机构。通过建立三节点双轴柔性铰链的空间力学模型，用卡氏定理推导了双轴柔性铰链回转精度的统一表达式，采用换元法得到双轴柔性铰链回转精度的闭式解析式。针对柔性铰链的转动中心偏移所引起的误差，利用有限元软件对柔性铰链回转精度的闭式解析式进行了校验，从而验证了柔性铰链回转精度的闭环解析式的正确性。(4)针对前面建立的柔性铰链的理
4、论分析模型，搭建了试验应变测试系统。对基于柔顺机构的精密定位平台进行了模态测试和理论分析。试验结果表明：考虑温度效应的试验测试结果与理论模型基本吻合，说明了理论模型的正确性。关键词：温度效应；弹性动力学；柔性机构；柔顺机构；试验测试II目 录毕业设计及答辩评价意见毕业设计及答辩评价意见3摘摘 要要I目目 录录 II第一章第一章 绪论绪论11.1 引言11.2 本课题的研究意义11.3 国内外研究现状11.3.1 机械弹性动力学理论的发展11.3.2 柔性机构的国内外研究现状11.3.3 柔顺机构的国内外研究现状11.4 本论文研究的主要内容2第二章第二章 考虑温度效应的柔性机构弹性动力学研究考
5、虑温度效应的柔性机构弹性动力学研究32.1 引言32.2 应力应变关系32.3 考虑温度效应的机构弹性动力学方程的建立32.4 算例32.6 结论52.7 本章小结5第三章第三章 考虑温度效应的柔顺机构弹性动力学研究考虑温度效应的柔顺机构弹性动力学研究63.1 引言63.2 二维三节点直圆柔性铰链63.2.1 二维三节点柔性铰链的单元刚度矩阵63.2.2 二维三节点柔性铰链的单元质量矩阵63.3 算例73.4 考虑温度效应的柔顺机构弹性动力学理论分析73.5 本章小结8第四章第四章 三节点双轴柔性铰链力学模型三节点双轴柔性铰链力学模型94.1 引言9III4.2 双轴矩形截面角圆形柔性铰链94.2.1 三节点双轴柔性铰链的单元刚度矩阵94.2.2 三节点双轴柔性铰链的单元质量矩阵94.3 算例94.4 结构参数对双轴柔性铰链回转精度的影响94.5 本章小结9第五章第五章 考虑温度效应的柔顺机构试验研究考虑温度效应的柔顺机构试验研究
