空间梁结构动力分析：刚体元-柔性连接元模型

"三维梁系结构刚体元-柔性连接元动力分析模型 (1996年)" 这篇1996年的论文"三维梁系结构刚体元-柔性连接元动力分析模型"由程保荣和郑兆昌在清华大学工程力学系发表。该研究将多体动力学与结构动力学原理融合，探讨了一种适用于空间梁结构的动力分析模型——刚体元-柔性连接元模型。在该模型中，梁结构被离散为多个刚体元，并通过无质量、无长度的柔性连接元相互连接。 文章指出，一般情况下，柔性连接元的广义弹簧系数矩阵和刚体元的质量矩阵都是非对角的，这意味着能量的分布并非局限于单一方向，而是涉及多个维度的相互作用。为了解决复杂交汇情况，如多个刚体元在空间中汇交于一点或相邻刚体元的轴线不平行，论文引入了零长度刚性元的概念，以此来模拟这些特殊情形。 论文通过推导特征值问题并进行算例分析，证明了刚体-柔性连接元模型的有效性，它能够准确地捕捉到结构的动力特性。这一模型不仅适用于线性动力响应分析，而且可以进一步扩展到非线性动力响应分析，这对于处理像深海立管和核反应堆管道系统这类复杂三维梁结构的动力问题具有重要意义。 该研究的创新之处在于提供了一种新的分析方法，与传统的有限元法不同，它避免了刚体一弹簧模型中确定剪切弹簧刚度的困难，并且实现了轴向、剪切、转角等运动自由度之间的耦合分析。通过刚体元的动能和柔性连接元的弹性势能的分离处理，使得动力分析更为精确。 论文的分类号0311表明其属于自然科学领域，特别是力学研究。这种方法的应用前景广阔，对于需要考虑复杂三维结构动力特性的工程问题，如海洋工程和核工程，提供了有力的理论支持和计算工具。