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一条空间曲线的表示式是
或
如果把
设右手直角坐标系
我们所接触到的空间,大至宇宙,小至细胞,其中都充满着五光十色、变幻纷杂的曲线。诸如太阳系行星的轨道,飞机的航道,盘山蜿蜒的公路,沙发里的弹簧,织物图案花纹,齿轮和凸轮的轮廓,生命遗传物质DNA的双螺旋结构,等等。
在人们接触到的曲线中,最简单的要算是直线和圆了。这些曲线是初等平面几何中讨论的对象。其次较为复杂的曲线是二次曲线,即椭圆、双曲线和抛物线。这些已经在平面解析几何里学习过,讨论的方法是用坐标和一元二次代数方程。
对于更复杂的曲线,仅仅用初等代数一般是不能解决问题的。研究更加一般的光滑曲线的几何性质,微积分则是有力的工具。我们可以用微积分来推导三个刻划一条空间曲线几何性质的基本几何量,就是弧长、曲率和挠率。
设一空间曲线决定于参数方程
设
当
设曲线
当
对于一条空间曲线,采用自然参数
空间曲线
曲线
由于
不落在同一平面上的空间曲线,我们称之为挠曲线。如同弯曲的概念一样,曲线论中也有“挠扭”的概念,用于描述一条曲线在一点偏离密切平面的程度。为了描述这种偏离度,我们将用到密切平面的变化率,也就是密切平面的法向量
定义
表示延伸过去。
不是
R表示竖曲线的半径,T表示竖曲线的切线长度,E表示竖曲线的外距。
空间曲线切口式柔性铰的设计
为了满足精密仪器连接部件的柔度和强度需求,以切口曲线为二次曲面和圆柱面的相贯线的柔性铰为例,研究了一类空间曲线切口式柔性铰的设计方法。推导了此类柔性铰转动柔度的一般设计计算公式,分析了设计参数对柔度特性的影响,在此基础上提出了此类柔性铰的设计方法。依据提出的方法设计了空间曲线切口式柔性铰,并利用有限元分析方法对设计实例进行了柔度和强度校核,同时建立了模态实验系统识别其柔度。结果表明,两种柔度校核结果与设计计算公式结果吻合较好,最大误差不超过5%,验证了设计方法的有效性,为此类柔性铰应用于精密仪器的工程设计提供了参考。此外,文中给出的有限元建模分析方法以及试验测试方法也可用于相同类型的精密构件的力学特性研究与分析。
空间罗伦兹曲线 , 是用以对比分析空间分布的集散状态。
它是研究离散区域分布的一种重要方法。罗伦兹曲线是一位经济统计学家罗伦兹在二十年代发表关于研究工业集中化的统计方法时,提出来的。也称频率累积曲线.2100433B
《空间曲线梁的力学分析与研究》共分6章,对空间曲线梁的经典理论及新研究成果做了较全面的阐述。《空间曲线梁的力学分析与研究》主要介绍了空间曲线梁在复杂荷载作用下的力学行为、平面曲线梁面外精确解、超静定平面曲线梁面内位移的精确解、变曲率变挠率变截面空间曲线梁自由振动理论以及典型曲线梁自由振动动态刚度分析。《空间曲线梁的力学分析与研究》可作为力学专业的研究生教材,也可供从事结构工程力学理论研究与土木及机械专业的科技人员参考。
第1章 绪论
1.1 曲线梁静力学研究历史和现状
1.1.1 理论研究
1.1.2 方法研究
1.2 曲线梁振动问题研究历史和现状
1.3 目前曲线梁研究中存在的不足
1.4 本书研究的主要内容
第2章 空间曲线梁在复杂荷载作用下的力学行为
2.1 空间曲线的自然标架
2.2 平衡微分方程的建立
2.3 几何方程的建立
2.4 本构关系
2.5 空间曲线梁自然坐标精确解
2.6 考虑翘曲的空间曲线梁解答
2.7 边界条件
2.8 本章小结
第3章 平面曲线梁面外精确解
3.1 精确解答
3.2 计算实例并与经典Heins解答的比对
3.3 翘曲变形效应
3.4 本章小结
第4章 超静定平面曲线梁面内位移的精确解
4.1 一次超静定曲线梁面内集中荷载作用下位移分析
4.2 二次超静定曲线梁横向集中荷载作用下位移分析
4.3 三次超静定曲线梁横向集中荷载作用下位移分析
4.4 有限元数值模拟验证
4.5 超静定平面曲线梁径向位移影响因素
4.5.1 荷载作用位置与曲率对荷载作用处径向位移的影响
4.5.2 曲率对任意位置径向位移的影响
4.5.3 边界条件对径向位移的影响
4.6 本章小结
第5章 变曲率变挠率变截面空间曲线梁自由振动理论
5.1 运动微分方程
5.2 控制方程的建立
5.3 弗宾纳斯法
5.4 动态刚度法
5.5 有限元程序
5.6 本章小结
第6章 典型曲线梁自由振动动态刚度分析
6.1 圆弧平面曲线梁的面内和面外自由振动
6.2 抛物线形平面曲线梁的面内和面外自由振动
6.3 圆柱螺旋梁的自由振动
6.4 双曲螺旋梁的自由振动
6.5 本章小结
参考文献2100433B