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多场耦合求解非线性气动弹性的研究综述 被引量:25
1
作者 安效民 徐敏 陈士橹 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期284-298,共15页
非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学和非线性结构动力学的耦合问题.阐述了国内外应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)/计算结构动力学(computational structural dynamics, CSD)耦合求解技术来处理非线性... 非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学和非线性结构动力学的耦合问题.阐述了国内外应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)/计算结构动力学(computational structural dynamics, CSD)耦合求解技术来处理非线性气动弹性问题的研究现状,全面分析了流体域和结构域的非线性特征模拟技术、高效网格运动策略、耦合界面相容性条件、耦合计算效率及降阶技术、气动弹性实验及算法验证、多学科耦合求解等关键技术,总结了相关最新研究的方法和成果,对比分析了其优缺点并提出了展望. 展开更多
关键词 非线性气动弹性 CFD/CSD耦合 界面技术 动网格技术 降阶模型
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二阶时间精度的CFD/CSD耦合算法研究 被引量:13
2
作者 安效民 徐敏 陈士橹 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期547-552,共6页
非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学(CFD)和非线性结构动力学(CSD)的耦合计算问题。本文分析比较了目前几种耦合算法:全耦合、松耦合和紧耦合,并从耦合边界能量传递守恒上就松耦合及紧耦合方法进行了时间精度的分析,得出传统... 非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学(CFD)和非线性结构动力学(CSD)的耦合计算问题。本文分析比较了目前几种耦合算法:全耦合、松耦合和紧耦合,并从耦合边界能量传递守恒上就松耦合及紧耦合方法进行了时间精度的分析,得出传统松耦合中即使流体和结构子系统达到高阶时间精度,耦合算法的时间精度仍仅为一阶,紧耦合方法虽然可以达到二阶时间精度,但没有明显提高计算效率。随后,本文基于松耦合流程改进了耦合格式,分析表明其具有二阶时间精度,通过AGARD445.6机翼颤振模型的算例验证,说明该方法可以在保证计算精度的基础上明显提高计算效率,并保持了传统松耦合方法模块化的优点,在模拟非线性气动弹性问题时具有很高的优越性。 展开更多
关键词 气动弹性 CFD/CSD耦合 二阶时间精度
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计算气动弹性力学中的界面映射方法研究 被引量:5
3
作者 安效民 徐敏 +1 位作者 曾宪昂 陈士橹 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期887-892,共6页
非线性气动弹性体振动研究中,涉及到非线性的结构动力学和非线性的流体动力学耦合问题,在耦合边界上要满足两个系统的连续性相容条件,必须在边界处进行数据的交换。本文针对非线性气动弹性问题的计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(C... 非线性气动弹性体振动研究中,涉及到非线性的结构动力学和非线性的流体动力学耦合问题,在耦合边界上要满足两个系统的连续性相容条件,必须在边界处进行数据的交换。本文针对非线性气动弹性问题的计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法,在常体积转换法(CVT)的基础上,发展了一种耦合界面的数据映射矩阵(IMM)。该方法仅需要局部的网格信息,将耦合边界上载荷信息和位移信息的转换放在同一个映射矩阵中来处理,并且该矩阵可以通用求解CFD/CSD的耦合问题,克服了占用大量CPU时间和内存的弊端。最后将该界面映射方法应用于柔性大展弦比机翼的气动弹性计算和AGARD445.6机翼的颤振预测中,结果表明该方法能够高效、高精度地处理不同网格体系间的数据交换,并具有处理复杂非规则几何体信息转换的能力。 展开更多
关键词 通用映射矩阵 气动弹性 CFD/CSD
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一种几何大变形下的非线性气动弹性求解方法 被引量:12
4
作者 安效民 徐敏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期97-104,共8页
非线性气动弹性的时域求解中,涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题.基于Co-rotational理论,推导了三维壳单元几何非线性下的切线刚阵和内力公式,针对推进过程中的能量守恒,引入预估-校正推进格式,发展了一... 非线性气动弹性的时域求解中,涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题.基于Co-rotational理论,推导了三维壳单元几何非线性下的切线刚阵和内力公式,针对推进过程中的能量守恒,引入预估-校正推进格式,发展了一种近似能量守恒的非线性动态响应算法;基于1/2时间步的交错耦合格式,结合带有几何守恒律的双时间推进求解雷诺平均N-S方程的求解器,发展了非线性气动弹性求解的高精度耦合格式.通过结构几何大变形下的静力和动力分析验证了所发展的结构非线性求解器,并通过AGARD445.6机翼的非线性气动弹性响应分析,说明了所发展耦合求解方法的实用性. 展开更多
关键词 非线性气动弹性 几何非线性 流固耦合 CFD/CSD耦合 CR理论
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一种新的界面映射推进方法及其在气动弹性力学中的应用 被引量:5
5
作者 安效民 徐敏 陈士橹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1473-1479,共7页
非线性气动弹性研究中,涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题,在耦合界面上不仅要进行两场之间信息的传递,而且要有匹配的时间推进格式。针对计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法,基于... 非线性气动弹性研究中,涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题,在耦合界面上不仅要进行两场之间信息的传递,而且要有匹配的时间推进格式。针对计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法,基于边界能量守恒,发展了一种新的界面处理方法,包括:①界面映射方法,该方法基于耦合边界上局部的网格信息,将两场之间载荷信息和位移信息的转换放在同一个映射矩阵中来处理,克服了占用大量CPU时间和内存的需求;②界面推进方法,该法基于松耦合计算流程,通过引入半步交错推进,达到了二阶时间精度,提高了计算精度和效率。最后将该界面处理方法应用于柔性大展弦比机翼的气动弹性计算和AGARD445.6机翼的动响应分析中。结果表明该方法能够高效、高精度地处理不同物理场之间的数据交换和时间推进,并具有处理复杂几何体非线性气动弹性问题的能力。 展开更多
关键词 气动弹性 CFD/CSD耦合系统 界面技术 数据转换 时间推进
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IMPROVED ALGORITHM FOR CFD/CSD COUPLED SYSTEM DESIGN AND CALCULATION 被引量:4
6
作者 安效民 徐敏 陈士橹 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2010年第2期162-169,共8页
The data information transfer and time marching strategies between computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) play crucial roles on the aeroelastic analysis in a time domain. An... The data information transfer and time marching strategies between computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) play crucial roles on the aeroelastic analysis in a time domain. An improved CFD/CSD coupled system is designed, including an interpolation method and an improved loosely coupled algorithm. The interpolation method based on boundary element method (BEM) is developed to transfer aerodynamic loads and structural displacements between CFD and CSD grid systems, it can be universally used in fluid structural interaction solution by keeping energy conservation. The improved loosely coupled algo-rithm is designed, thus it improves the computational accuracy and efficiency. The new interface is performed on the two-dimensional (2-D) extrapolation and the aeroelastie response of AGARD445.6 wing. Results show that the improved interface has a superior accuracy. 展开更多
关键词 computational fluid dynamics boundary element method data transfer fluid and structure interaction aeroelasticity
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基于CR理论的近似能量守恒算法在壳元中的应用 被引量:3
7
作者 安效民 徐敏 陈士橹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期205-211,共7页
研究了壳单元几何非线性下的结构动态响应高精度计算方法。基于CR理论,针对薄壁结构的几何非线性问题,将空间旋转矢量参数化,推导和简化了三维壳单元的切线刚度矩阵和单元内力的求解格式。针对结构非线性的动态响应分析,引入中间时间步... 研究了壳单元几何非线性下的结构动态响应高精度计算方法。基于CR理论,针对薄壁结构的几何非线性问题,将空间旋转矢量参数化,推导和简化了三维壳单元的切线刚度矩阵和单元内力的求解格式。针对结构非线性的动态响应分析,引入中间时间步的预估-校正的流程,发展了一种基于CR理论的近似能量守恒算法。通过一柱段静力分析验证了所推导公式的计算精度,通过非线性动态响应的算例仿真,与传统非线性Newmark方法相比在处理强非线性问题时稳定性和计算精度有了明显提高。 展开更多
关键词 壳结构 能量守恒 算法 CR理论 壳单元 几何非线性结构
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基于边界元方法的气动弹性降阶模型及仿真
8
作者 安效民 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期273-276,284,共5页
传统气动弹性的时域计算耗费了大量时间,为了提高计算效率,本文发展了基于边界元方法的降阶模型技术。首先基于边界元方法建立非定常流场的求解模型,结合特征值分析技术建立了非定常气动力的低阶模型;然后,利用边界元方法建立了气动网... 传统气动弹性的时域计算耗费了大量时间,为了提高计算效率,本文发展了基于边界元方法的降阶模型技术。首先基于边界元方法建立非定常流场的求解模型,结合特征值分析技术建立了非定常气动力的低阶模型;然后,利用边界元方法建立了气动网格和结构网格之间的信息转换矩阵;最后将非定常气动力降阶模型和结构动力学方程联合,建立了气动弹性系统的低阶状态空间模型。将所发展的降阶模型方法应用于NACA0012翼型的非定常气动力求解中,结果表明降阶模型可以在保证原系统计算精度的同时提高了计算效率;将降阶模型技术应用到三维机翼的气动弹性响应计算中,在系统阶数仅为12阶的情况下可以得到与原系统一致的极限环响应,说明降阶模型技术在求解气动弹性问题中的巨大优势。 展开更多
关键词 气动弹性 降阶模型 边界元 数据交换
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一种CFD/CSD耦合计算方法 被引量:55
9
作者 徐敏 安效民 陈士橹 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期33-37,共5页
针对柔性大展弦比机翼气动弹性分析和主动弹性机翼(AAW)设计发展了一种计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法。其主要思想是采用在同一物理时间弱耦合求解CFD/CSD技术。气动力采用非定常N-S方程的双时间有限体积求... 针对柔性大展弦比机翼气动弹性分析和主动弹性机翼(AAW)设计发展了一种计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法。其主要思想是采用在同一物理时间弱耦合求解CFD/CSD技术。气动力采用非定常N-S方程的双时间有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。CFD和CSD耦合计算的边界信息(气动力和网格)由所设计的界面程序传输。网格信息传输采用守恒体积转换(CVT)方法将CSD计算结构响应位移插值到CFD网格点上。变形已有的CFD网格技术用以确定CFD的变形网格。以位移或载荷的迭代误差为判断耦合计算的收敛标准。最后得到了机翼在Ma=0.8395,α=5.06°时CFD/CSD耦合计算的收敛值。针对计算结果分析了机翼受静气动弹性过程中结构响应和气动特性随时间变化的效应。初步研究结果表明:这种弱耦合方法求解非线性气动弹性问题是可行的。 展开更多
关键词 CFD/CSD 气动弹性 数据交换 动网格 跨声速
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基于CFD/CSD耦合算法的机翼颤振分析 被引量:15
10
作者 曾宪昂 徐敏 +1 位作者 安效民 陈士橹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期79-82,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合算法 AGARD 445.6机翼 颤振分析 常体积转换(CVT) 偶极子格网法(DLM)
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基于径向基函数的高效网格变形算法研究 被引量:15
11
作者 谢亮 徐敏 +1 位作者 张斌 安效民 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期141-145,共5页
在流固耦合时域仿真与气动外形优化中,网格变形技术得到了普遍应用。基于径向基函数的网格变形技术以其诸多优良的特性,在近年来得到了广泛的关注。其基本原理是采用物面网格节点的位移构造一个径向基函数序列,再利用此序列将物面的位... 在流固耦合时域仿真与气动外形优化中,网格变形技术得到了普遍应用。基于径向基函数的网格变形技术以其诸多优良的特性,在近年来得到了广泛的关注。其基本原理是采用物面网格节点的位移构造一个径向基函数序列,再利用此序列将物面的位移光滑的插值到空间网格上。其计算耗时与物面插值节点数与空间待插值节点数的乘积成正比,为了减少其计算量,目前多数文献集中于使用数据精简算法减少物面插值节点数。通过引入子空间逐级逼近思想,构造了一种精简空间待插值节点数的方案,该方案主要思想是采用多次插值,每一次插值的对象为上一次插值在物面产生的误差,并且通过限制每一次插值的插值区域来实现减缩空间节点的目的。计算结果表明此方案可以支持大变形运动,同时显著的减少了计算时间。 展开更多
关键词 径向基函数 网格变形 数据精简算法
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垂直发射转弯复合控制分配策略研究 被引量:7
12
作者 闫循良 徐敏 +1 位作者 陈士橹 安效民 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第24期7878-7882,共5页
研究战术导弹垂直发射快速转弯复合控制分配策略。针对气动力与推力矢量复合控制技术,提出了战术导弹垂直发射程序转弯方案;建立了导弹复合控制数学模型,设计了复合控制回路;提出了三种复合控制分配策略:常比例系数线性分配策略、角误... 研究战术导弹垂直发射快速转弯复合控制分配策略。针对气动力与推力矢量复合控制技术,提出了战术导弹垂直发射程序转弯方案;建立了导弹复合控制数学模型,设计了复合控制回路;提出了三种复合控制分配策略:常比例系数线性分配策略、角误差的非线性函数分配策略和最小控制能量分配策略。纵向回路频域特性分析表明,系统具有良好的鲁棒性;通过弹道的六自由度仿真,验证了复合控制策略的可行性,给出了三种复合控制分配策略的特性比较分析结果。 展开更多
关键词 战术导弹 垂直发射 快速转弯 复合控制 分配策略
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基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用 被引量:1
13
作者 徐敏 安效民 +1 位作者 曾宪昂 陈士橹 《中国科技论文在线》 CAS 2008年第10期781-786,共6页
流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方... 流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方法(Balanced Proper Orthogonal Decomposition,BPOD),并应用到气动伺服弹性模型降阶中。该方法将由POD快照得到系统可控和可观Gramian矩阵的近似表达,通过该近似得到平衡降阶模型。以一个二维翼段的气动弹性系统为例,首先将流体控制方程线化;然后利用BPOD方法得到非定常气动力的降阶模型以及降阶的气动弹性系统;最后,对降阶系统设计主动控制律,通过控制面偏转来抑制翼型颤振。数值仿真结果表明BPOD降阶模型可以精确地模拟高阶非线性的流体动力系统并且可以有效地应用于气动弹性主动控制中。 展开更多
关键词 空气动力学 气动伺服弹性 模型降阶 平衡特征正交分解 非定常气动力 主动控制
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基于混合遗传算法的多冲量最优变轨 被引量:6
14
作者 付磊 安效民 +1 位作者 覃曌华 徐敏 《航天控制》 CSCD 北大核心 2013年第3期15-19,共5页
针对航天器多冲量最优变轨问题,建立了多冲量最优变轨的数值优化模型,给出了一种遗传算法(GA)与序列二次规划算法(SQP)结合的混合优化算法。该算法不需初值猜测,全局和局部搜索能力强并且计算效率高。仿真计算了燃料最优交会和时间最短... 针对航天器多冲量最优变轨问题,建立了多冲量最优变轨的数值优化模型,给出了一种遗传算法(GA)与序列二次规划算法(SQP)结合的混合优化算法。该算法不需初值猜测,全局和局部搜索能力强并且计算效率高。仿真计算了燃料最优交会和时间最短拦截问题,比较了GA,SQP以及混合遗传算法的性能。针对混合遗传算法得到的不同冲量次数变轨的优化结果,分析了冲量次数对变轨性能指标的影响。结果表明混合遗传算法综合性能最高,冲量次数对不同性能指标的影响不同。仿真算例验证了模型和算法的有效性。 展开更多
关键词 混合遗传算法 多冲量变轨 轨迹优化
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基于混合推进的地球同步悬浮轨道设计 被引量:2
15
作者 覃曌华 付磊 +1 位作者 安效民 徐敏 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期57-62,共6页
为了满足特定任务对悬浮轨道航天器长期运行的需求,文章研究了基于太阳能电推进(SEP)和太阳帆混合动力的地球同步悬浮轨道的推进技术。首先推导了混合推进下太阳帆姿态角与SEP系统加速度之间的关系式;然后对其一阶最优性条件求解单变量... 为了满足特定任务对悬浮轨道航天器长期运行的需求,文章研究了基于太阳能电推进(SEP)和太阳帆混合动力的地球同步悬浮轨道的推进技术。首先推导了混合推进下太阳帆姿态角与SEP系统加速度之间的关系式;然后对其一阶最优性条件求解单变量极值问题,得到太阳帆姿态角的控制律以及SEP系统的加速度的极小值;最后进行了算例仿真。仿真结果显示,相对于仅采用太阳能电推进的航天器,采用混合推进策略运行一年,可以节省约57%的燃料。所设计的混合推进策略达到了节省燃料、提高航天器在轨寿命的目的,可以很好地实现现阶段地球同步悬浮轨道的要求。 展开更多
关键词 悬浮轨道 混合推进策略 轨道优化 太阳能电推进 太阳帆
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导弹异形卷弧翼安装选型 被引量:3
16
作者 郭庆亮 徐敏 +1 位作者 姚伟刚 安效民 《计算机辅助工程》 2010年第2期60-63,共4页
为在空中发射武器外形设计中引入异形卷弧翼,将其作为导弹主升力面,研究其相对于弹身的安装选型问题.模型设计采用1对异形卷弧翼,并将其沿弹体纵向平面对称布置.定义异形卷弧翼相对于弹身的安装位置角和安装偏角参数,选取2组计算模型,... 为在空中发射武器外形设计中引入异形卷弧翼,将其作为导弹主升力面,研究其相对于弹身的安装选型问题.模型设计采用1对异形卷弧翼,并将其沿弹体纵向平面对称布置.定义异形卷弧翼相对于弹身的安装位置角和安装偏角参数,选取2组计算模型,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真计算评估这2个角度的变化对异形卷弧翼—弹身组合体纵向超音速气动参数的影响,得到组合体升力因数、阻力因数以及升阻比随2个角度参数变化而变化的规律.结果表明,在设计任务中,当安装位置角等于120°,安装偏角等于-10°时,组合体的升力因数和升阻比达到最大值.该方法可以改善导弹的升力特性,提高导弹的升阻比,使导弹获得更好的飞行性能. 展开更多
关键词 异形卷弧翼 导弹 计算流体力学 升力特性
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运载火箭六自由度仿真平台搭建与应用 被引量:3
17
作者 孙思逢 安效民 +1 位作者 王雅彬 徐敏 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2014年第10期57-60,325,共5页
研究运载火箭六自由度仿真系统设计问题,在传统火箭六自由度仿真平台设计中常以特定任务为导向,造成仿真系统碎片化严重,扩展重用性不足。同时,数值仿真与视景仿真的交互中存在实时驱动的问题。针对上述问题,采用面向对象的模块化设计方... 研究运载火箭六自由度仿真系统设计问题,在传统火箭六自由度仿真平台设计中常以特定任务为导向,造成仿真系统碎片化严重,扩展重用性不足。同时,数值仿真与视景仿真的交互中存在实时驱动的问题。针对上述问题,采用面向对象的模块化设计方法,建立了运载火箭六自由度仿真模型,给出了三层结构的通用仿真框架。设计了仿真消息管理器,较好地解决了数值仿真与视景仿真的集成并保证了系统的实时性。仿真结果验证了模型建立的准确性以及仿真平台的可靠性和稳定性。仿真结果对于运载火箭设计和性能评估系统的建立有着良好的借鉴意义。 展开更多
关键词 消息管理器 六自由度运动 数值仿真 视景仿真
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热环境下复合材料壁板的非线性颤振特性分析 被引量:1
18
作者 屈佑文 安效民 +2 位作者 邓斌 闫浩 周悦 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2022年第4期91-99,共9页
复合材料因其优异的性能已被广泛应用于飞行器的结构中。在高超声速飞行时,由于非定常气动载荷和热效应的共同作用,飞行器复合材料壁板会出现屈曲及非线性颤振现象。本文基于均匀温度场建立了考虑热效应的复合材料薄壁结构的非线性有限... 复合材料因其优异的性能已被广泛应用于飞行器的结构中。在高超声速飞行时,由于非定常气动载荷和热效应的共同作用,飞行器复合材料壁板会出现屈曲及非线性颤振现象。本文基于均匀温度场建立了考虑热效应的复合材料薄壁结构的非线性有限元模型,结合气动-结构二阶松耦合算法,针对复合材料壁板在Ma_(∞)=5时的非线性气动弹性响应进行分析,探讨了复合材料铺层方向、温度载荷等对壁板颤振特性的影响。结果表明,壁板响应受到温度载荷、铺层方向及来流动压等多方面的影响。斜交壁板的颤振动压高于正交壁板颤振动压(增量大于55%);随着温度载荷的增大,壁板颤振动压会下降,最大降幅约为动压的80%。当出现热屈曲时,颤振动压又会缓慢增大;当温度超过结构的临界屈曲温度时,壁板在亚临界条件下会出现多个屈曲位置,随着动压的变化而发生转变。 展开更多
关键词 高超声速 壁板颤振 复合材料 热效应 非线性气动弹性 热屈曲 飞行器
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跨音速流中壁板流固耦合效应的形态演化分析
19
作者 安效民 冯家悦 +1 位作者 周悦 孙伟 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期36-47,60,共13页
高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互... 高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互耦合作用会使壁板产生失稳行为,引起结构疲劳或损毁。该文基于CFD/CSD耦合数值模拟技术,预测和判别壁板在跨音速气流中随马赫数变化过程中响应形态,发现在跨音速区内会出现明显的单模态颤振形式。随马赫数的增大,其形态演化次序为稳态收敛、第一模态极限环振荡、屈曲、稳态收敛、跨音速颤振、非共振型极限环振荡、共振型极限环振荡、高频周期振荡、高频非周期振荡、第一模态极限环振荡到稳态收敛的过程。当壁板厚度增加、来流密度减小,演化形态会发生变化。同时,当考虑非定常加速效应和粘性效应后,会出现一定的延迟和阻尼效应,对高频非周期振荡起到抑制作用,这对于降低结构的疲劳损伤有积极效果。 展开更多
关键词 流固耦合 非线性壁板颤振 极限环振荡 单模态颤振 跨音速 CFD/CSD耦合方法 可重复使用火箭
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非线性壁板颤振分析 被引量:5
20
作者 安效民 胥伟 徐敏 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1119-1127,共9页
利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采... 利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种近似能量守恒算法求解结构的非线性响应。流场和结构求解器采用二阶松耦合方法联立求解,并将其应用于壁板在超声速、跨声速和亚声速的颤振计算中。当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环振荡现象,并对颤振边界和极限环振荡幅度进行了对比分析。 展开更多
关键词 非线性气动弹性 极限环振荡 壁板颤振 几何非线性 CFD/CSD耦合
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