气缸作为气动系统最重要的执行元件,被广泛应用于各种自动化生产线上。随着CAE技术的不断发展及对气缸轻量化、高可靠性的要求不断提高,气缸柔性体动力学研究的重要性也在不断增大。通过气缸柔性体动力学建模求解,不仅能得到气缸的应力分布情况、气缸径向运动特性等各种动态参数,还能为气缸的优化设计、失效分析及可靠性研究提供指导作用。基于此,本文结合理论分析、仿真模拟和试验测试等方法,对气缸柔性体动力学、气缸应力情况及其径向振动进行较为系统的研究。介绍了单杆双作用气缸的结构原理,根据气体动力学、热力学原理及牛顿第二定理等基本理论建立气缸刚体动力学理论模型,采用MATLAB/SIMULINK模块对其进行了仿真,对气缸的动态特性进行分析。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立相应的柔性体动力学有限元模型,模拟气缸承受悬臂负载作用时的运动,分析气缸工作时的动态特性及应力分布情况。确定不同零件最大应力发生的时刻及位置,并根据各个零件最大应力发生位置的时变应力特性分析气缸的失效机理,为气缸可靠性分析提供依据。着眼于气缸各零件上交变应力特性,对柔性体气缸的活塞杆弯曲振动进行了研究。以欧拉梁模型取代一维弹性杆模型进行讨论,将气缸中的活塞杆抽象为时变长度悬臂梁,建立了对应解析模型,并基于多尺度法对模型进行求解。同时建立匀速伸出边界条件下的有限元模型,将有限元结果与解析解结果进行了比较,验证了数学模型的正确性。搭建了气缸试验平台,并利用LABVIEW采集相应的动态信号。试验结果与动力学理论结果进行了对比,验证了各模型的正确性。本文通过对单杆双作用气缸柔性体动力学及活塞杆径向弯曲振动模型的研究,为同类气缸应力分析及径向振动模型的建立提供了除有限元仿真外的解析方法。为气缸可靠性研究、结构改进及振动控制等方面提供一定的理论依据。