折叠变体飞行器的降阶建模与颤振分析

折叠变体飞行器可在飞行过程中调整自身气动布局以适应不同飞行条件,从而使其执行不同任务或处于不同环境时都保持在最佳性能状态,然而可变的结构与气动布局会导致折叠变体飞行器的动态特性复杂且时变。针对折叠变体飞行器的动态特性预示问题,发展一种折叠变体飞行器的一体化降阶建模与颤振分析方法,提出适用于折叠变体飞行器的整体降阶建模和颤振特性快速分析流程,以探究折叠角和扭转弹簧刚度对固有频率和颤振速度的影响规律。基于所提方法和流程的动态特性预示结果表明:各阶模态的固有频率均随扭转弹簧刚度的增大而升高,而弯曲模态和扭转模态所对应的固有频率随折叠角的变化规律不同;折叠角的变化会影响颤振速度,且当折叠角为45°时增大扭转弹簧刚度会导致出现耦合颤振的模态阶次发生转变;此外,颤振速度还会随连接位置扭转弹簧间隙值的增加而升高。

基于CFD/CSD耦合算法的机翼颤振分析

用计算流体力学／计算结构力学（CFD／CSD）耦合算法对标准气动弹性模型AGARD445．6机翼作了颤振分析，主要研究机翼的跨音速颤振求解问题。采用常体积转换法（CVT）进行流体与结构之间的数据交换并运用松耦合方法对气动弹性方程进行时域推进仿真。计算机翼在Ma=0．499～1．072的颤振边界，并将计算结果同偶极子格网法（DLM）的计算结果与试验结果比较，结果显示CFD／CSD耦合计算结果较DLM计算结果更接近于试验值，尤其是在非线性强的跨音速区域。可见，CFD／CSD耦合计算比DLM具有很大的优越性。

大跨度桥梁结构气动耦合直接颤振分析

基于结构的有限元全物理模型 ,提出了用于分析大跨度桥梁耦合颤振新的直接分析方法。将系统的气动运动控制方程转化成广义特征值问题。为求解大型稀疏矩阵对的部分特征值和特征向量 ,介绍了一种高效的同时迭代方法。由于只需进行单参数的搜索过程且计算效率较高 ,用该方法分析实际大跨度桥梁颤振问题是合适的。此外 ,对具有理想平板截面的简支梁结构和江阴长江大桥进行了直接颤振分析 ,证实了此方法的可靠性和有效性。

桥梁主梁断面气动耦合颤振分析与颤振机理研究

通过对系统竖向和扭转耦合振动运动方程的解耦,将系统振动参数的频率和阻尼比隐式地表达成桥梁断面颤振导数的函数形式,导出了二自由度耦合颤振分析方法。值得注意的是,在临界颤振的情况下颤振运动为等幅的谐波运动,因而在颤振临界点时该颤振分析方法理论上是完全精确的。将该分析方法的结果与系统特征值分析方法的计算结果进行比较,验证了该分析方法的可靠性和适用性。在此基础上,对典型桥梁断面气动耦合颤振的机理进行了研究。分析结果表明,对于典型扁平箱形桥梁断面来说,耦合颤振导数项对系统振动参数中频率的影响均较小,系统模态的气动阻尼比主要由直接颤振导数项和耦合颤振导数项A1A3构成。

印尼Suramadu大桥颤振试验与颤振分析

通过风洞试验研究印度尼西亚苏拉马都大桥钝体主梁断面的"软颤振"特性。基于2自由度和3自由度耦合信号,采用随机子空间方法和随机搜索方法,识别了主梁节段模型的18个颤振导数。通过颤振分析搜索得到颤振临界风速,并与试验结果进行了对比;分析了各颤振导数对颤振临界风速的影响。风洞试验证实,对于苏拉马都大桥,无论是成桥状态还是最大单悬臂施工状态,均会出现"软颤振";钝体主梁断面颤振形态不仅与断面形式有关,还与各种模态频率和质量相对比例有关,当存在不同组合时,既可能出现"硬颤振",也可能出现"软颤振"。分析结果表明,采用两种不同自由度耦合方式和两种识别方法识别得到的颤振导数吻合较好,两种识别方法的有效性和精度得到验证;对苏拉马都大桥颤振临界风速影响较为显著的颤振导数有H3*,A*1,A2*。

苏通大桥三维颤振分析

基于结构有限元模型,给出了大跨度缆索承重桥梁三维颤振分析方法。该方法能够考虑静风作用、主梁附加攻角、拉索自激力和振型参与影响,同时迭代搜索侧弯、竖弯和扭转三种振动频率。采用该方法对苏通大桥进行了三维颤振分析,该方法的可靠性和实用性得到证实。结果表明:对于苏通大桥而言,不考虑静风作用和主梁附加攻角影响会高估颤振临界风速;不考虑拉索自激力作用和拉索振型参与,相当于忽略了系统气动正阻尼,会低估颤振临界风速;颤振临界风速颤振分析计算结果与风洞试验结果之间存在差异。

全模态颤振分析的实用方法

基于结构的有限元全物理模型,提出了一种双参数全模态颤振分析方法,并在ANSYS中实现。在有限元模型中采用MATRIX27单元模拟桥面主梁的自激力,将系统的气动运动控制方程转化成广义特征值问题。最后,对具有理想平板截面的简支梁结构进行全模态颤振分析,分析结果与精确解十分接近,证明了全模态颤振计算方法的可靠性和有效性。

附加风攻角对1400m斜拉桥颤振分析结果的影响

1400m钢箱梁斜拉桥更为轻柔化,颤振性能受附加风攻角的影响不容忽视。在对其进行频域颤振分析时,不同的颤振导数识别风洞试验以及不同的颤振分析方法对于附加风攻角的包含程度各不相同,将两者组合使用后导致得到的颤振分析结果也势必存在差异。而在这些结果中哪些分析结果更为合理有待明确。通过对比四种可能情况下得到的颤振分析结果,1 400 m钢箱梁斜拉桥在附加风攻角的影响下,颤振分析结果体现了下述规律:基于强迫振动节段模型试验得到的颤振导数,采用考虑附加风攻角影响的颤振分析方法,得到的颤振分析结果更为合理;而基于自由悬挂节段模型试验得到的颤振导数,采用不考虑附加风攻角影响的颤振分析方法,得到的颤振分析结果仅部分包含了附加风攻角的影响;其他两种情况下得到的颤振分析结果均不正确。

全机非对称外挂状态颤振分析

对非对称外挂状态飞机的颤振特性作了分析 ,并对计算结果进行了窜支自动跟踪及可视化处理 ,取得满意的结果 ,为非对称密集模态飞机结构的颤振分析和数据处理积累了许多有益的经验。

气动弹性系统的模型确认与鲁棒颤振分析

研究了气动弹性系统的不确定性建模和鲁棒颤振分析问题。将结构的不确定性考虑为参数形式,非定常气动力的不确定性考虑为参数和未建模动态两种形式,建立了不确定系统的线性分式变换模型。分别使用基于Carathe-dory-Fejer插值定理和Nevanlinna-Pick插值定理的模型集检验方法进行了模型确认,在时间域和频率域中对模型集的有效性进行了验证,确定了不确定性的幅值。对于模型确认得到的不确定气动弹性系统,使用μ分析方法进行了鲁棒颤振分析。计算中,飞行速度是作为给定参数而不再是作为摄动变量,由此得到的鲁棒稳定性边界是匹配点解。仿真数值结果给出了鲁棒颤振速度,表明了方法的有效性。

基于MSC.Nastran的导弹舵面颤振分析与优化

利用MSC.Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型,对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析,发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化,从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响,并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化,满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。

非线性方程新解法及其在颤振分析中的应用

从解析函数保角变换出发提出一种求解非线性方程的新算法——正交搜索法。将该算法用于弹性飞机颤振分析问题，可以准确地解出各种状态下的振动模态。该算法可由计算机自动完成，计算过程简便、直观，对飞机设计及颤振主动抑制系统的综合均有参考价值。

复合材料大展弦比机翼动力学建模与颤振分析

新一代航空结构广泛采用复合材料 ,对复合材料机翼的气动弹性工程化建模和分析是飞机设计的重要任务。应用气动弹性分析理论和方法 ,对复合材料大展弦比机翼进行了结构有限元建模、模型修正、固有振动特性计算、部件发散与颤振工程分析。本文使用MSC/NASTRAN软件 ,在复合材料大展弦比机翼的初步静力分析模型基础上 ,依据结构图纸、相关试验结果反复修改得到合理的机翼结构动力学有限元模型 ,固有振动计算中采用动力减缩方法消除局部模态并提高计算精度 ,采用亚音速偶极子格网法求解非定常气动力 。

一种考虑攻角影响的超音速翼面颤振分析方法

采用活塞理论计算非定常气动力,用新的方法考虑了攻角的影响,和颤振运动方程耦合求解三维翼面的颤振临界条件。分别计算了四种翼型(平板翼,圆弧翼,六边形翼和四边形翼)的颤振临界速度,计算结果和风洞试验数据比较,二者相当一致。

风力机叶片的颤振分析

本文以二维模型为分析对象，建立了叶片颤振的分析方法。并利用本文建立的方法，直接由实验曲线求得气动阻尼矩阵和刚度短阵，对叶片稳定进行分析。

考虑迟滞非线性的高超声速飞行器颤振分析

为给飞行器颤振控制及结构设计等提供支持,利用适合复杂结构建模的动态子结构方法中的自由界面模态综合法,考虑飞行器在超声速飞行状态下高超声速流和飞行器自身结构的特点,将整个飞行器分成多个子结构;考虑飞行器机身与机翼之间相互连接构件的实际工作状况和制造工艺情况,带有间隙非线性与立方非线性相互作用所产生的迟滞非线性特性,以及阻尼因子对非线性的影响,用有限元计算软件计算各子结构的动力学特性参数和气动力分布情况,建立飞行器整机的振动微分方程以分析颤振特性.对得到的飞行器在所设工况下的振动和颤振特性及颤振临界状态进行分析,实现全机气动弹性问题的仿真计算.分析结果表明,该方法拓展高超声速飞行器颤振的计算,可为动态子结构方法应用于颤振研究提供参考.

基于PK-F数值算法的桥梁断面颤振分析

颤振是一种由风引起的结构物的自己振动。颤振的重要特征是存在颤振临界风速和颤振临界频率．即当风速低于颤振临界风速时，结构物对外界扰动的响应受到阻尼作用而衰减，但当风速高于颤振临界风速时，结构物出现发散振动或振幅随风速增加的等幅振动。

大跨桥梁非线性颤振分析的数值积分法

基于脉冲响应函数的卷积积分 ,将作用在桥梁主梁上的自激力表达为时域形式。在此基础上 ,利用 Newmark- β逐步积分格式建立了大跨桥梁结构非线性颤振分析的数值积分法。

基于变参数的飞机平尾颤振分析

为研究平尾的颤振特性,根据相似性原理,按照保持质量分布和刚度分布不变的原则,设计制造出某飞机后机身-平尾缩比模型。在不改变主要的承力方式及动力学特征的前提下,建立相应的有限元模型,利用亚音速偶极子网格法计算非定常气动力,V-g法求解颤振行列式,通过有限元软件进行颤振分析。结合实际设计要求,不断对平尾模型操纵刚度、平尾轴直径、摇臂高度等参数进行调整,探索设计参数的改变对颤振速压的影响,为飞机平尾的设计提供参考。

舵面热颤振分析研究

建立小展弦比空气舵结构有限元模型,研究了典型温度分布下舵面结构模态特性,在此基础上得到不同温度分布下单独舵面结构热颤振特性。研究结果表明,温度上升,舵面刚度下降,结构频率降低,舵面的发散速度下降;温差增大,热应力影响增强使得热刚度提高,舵面的发散速度上升。