科氏力对失谐叶盘振动特性的影响分析

利用有限元方法和商用软件ANSYS11.0建立考虑旋转效应的实际叶盘结构有限元模型,得到系统刚度、质量和阻尼矩阵;计算了科氏力和离心力对谐调叶盘频率特性和谐响应特性的影响规律;分析了科氏力和离心力对失谐叶盘模态局部化和响应局部化的影响。研究表明,科氏力对实际叶盘结构的频率影响明显,对失谐叶盘结构的模态局部化、响应局部化和响应分布也都会产生显著影响,在工程计算中应予以考虑。

高超声速飞行器舵面热气动弹性分析方法研究

利用修正的牛顿碰撞理论建立平板舵热结构气动力计算模型,完成非定常气动力计算,利用有限元方法建立温度场影响下舵面结构动力学模型,进而完成颤振稳定性分析。研究结果表明高温会导致控制舵颤振稳定性向坏发展。

刚性陶瓷瓦热防护系统概率设计分析方法

针对高超声速飞行器中广泛应用的陶瓷瓦热防护系统,结合有限元法和蒙特卡洛模拟建立了其概率热分析系统,提出了刚性陶瓷瓦热防护系统尺寸概率设计方法。建立了刚性陶瓷瓦热防护系统的二维有限元模型,考虑了热传导系数、比热容和表面辐射率等材料属性参数以及热防护系统各层厚度的不确定性,得到系统温度场的概率分布特性和系统热防护性能对各参数的灵敏度,并对系统的热可靠性进行了评估。算例表明:文中提出的方法对热防护系统设计过程中合理确定陶瓷瓦厚度和在保证系统性能的前提下有效减轻重量具有指导价值。

刚性隔热瓦瞬态热传导及影响研究

针对高超声速飞行器中广泛使用的刚性隔热瓦热防护设计方案,采用Ansysworkbench有限元分析软件,建立了刚性隔热瓦有限元模型,通过瞬态热传导求解器,开展相应的温度场分析,获得了刚性隔热瓦热防护内表面温度随时间的变化历程。进一步,针对影响刚性隔热瓦热防护内表面温度的关键因素,如缝隙宽度、表面辐射率、热导率和材料密度等,开展了相应的影响规律研究,为高超声速飞行器热防护方案设计提供一定的参考。

基于热传导的阵列式多层热防护结构优化设计

基于三维热传导分析理论,对阵列式多层热防护结构开展瞬态热传导分析,获得热防护结构的温度场分布情况。采用数值模拟方法,建立了一套适合于阵列式多层热防护结构的优化设计流程。以热防护结构的重量为目标函数、热防护结构中各个零件的尺寸为设计变量,完成了热结构重量的优化设计。经过优化后,阵列式热防护结构的重量减少了18.0%,减重效果明显。

基于等效热传导的金属热防护结构尺寸优化设计

基于金属热防护结构的等效热传导理论,采用有限元分析软件建立了等效模型,运用热传导分析求解器开展瞬态热传导分析。结果表明:建立的等效热传导模型可以准确地模拟金属蜂窝的温度场分布情况,相差不超过2.0%。采用等效模拟方法,对金属热防护结构的几何尺寸,包括上下壁板厚度、蜂窝芯壁厚、蜂窝芯高度以及蜂窝内切圆直径等设计变量开展尺寸优化设计,获得了满足温度等约束条件的最优解。优化后金属热防护结构重量下降了40%,减重效果明显。

基于重要抽样法的热防护系统热可靠性评估方法

热防护系统的可靠性直接影响到高超飞行器的安全性和结构完整性。为提高热防护系统可靠性分析的效率,在之前研究的基础上提出了基于重要抽样(Importance Sampling,IS)的热可靠性评估方法,给出了该方法的具体实施流程和评价方法,有效解决蒙特卡洛法(Monte Carlo method,MC)对于低失效概率问题分析效率过低的问题。以典型的非烧蚀热防护系统为例,在考虑材料、几何尺寸不确定性的情况下进行了热可靠性分析,验证文中方法的有效性。计算结果表明,要得到同等置信度的失效概率结果,重要抽样法所需的抽样次数仅为传统蒙特卡洛法10%,大大提高了可靠性分析的效率。

一种非线性宽频压电能量收集系统的动力学特性分析

提出了一种基于同步开关电路的非线性宽频压电能量收集器,并利用高阶谐波平衡法对能量收集系统的频域响应、能量输出功率及其影响因素等内容展开了理论研究,同时利用Hill法对系统的稳定性进行了分析。研究结果表明在基于同步开关电路的能量收集系统中引入副梁,可以大大拓宽能量收集系统工作频带;适当减小同步开关电路的电容比,虽然会降低能量收集系统在共振峰附近的能量收集能力,但可以拓宽系统的工作带宽;能量收集系统的工作带宽随副梁与质量块间初始间隙的减小以及副梁刚度的增大而拓宽,可根据振动能量源频率带宽及能量的频域分布规律,对系统关键参数进行匹配设计,以获得更好的能量收集效果。

柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲的封闭形式解

针对典型的热防护组合结构建立物理模型,基于经典薄板理论(CPT),选取中性面为分析平面,推导出柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲方程。利用分离变量法得到了柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲问题的封闭形式解,该方法不仅适用于对边简支情况也适用于四边固支情况。分别对均匀升温、线性升温和非线性升温三种温度场的临界屈曲热载荷进行了计算,与已有文献结果对比验证了本文方法以及结果的正确性,同时进行了数值分析并给出结论。

纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度与渐进损伤分析方法研究

针对纤维增强陶瓷基复合材料热结构力学性能特点,基于Tsai-Wu强度准则,提出了一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度分析的三维实体型渐进损伤分析方法;基于ANSYS软件APDL语言完成了分析方法的程序开发和实现,并通过与文献经典算例及典型热结构强度试验结果的对比分析,验证了本文方法的合理性和正确性。研究结果表明:本文方法可有效分析和预示纤维增强陶瓷基复合材料热结构的承载能力和损伤失效形式,具有很高仿真分析精度,解决了力热综合条件下复杂热结构强度预示与渐进损伤分析评估技术难题。

功能梯度材料结构热力耦合概率分析方法

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。

具有半主动压电阻尼的叶盘结构动力学特性研究

针对航空发动机整体叶盘结构的失谐响应放大问题,在叶盘结构中引入半主动压电阻尼技术,并利用基于非线性模态分析的非线性系统频域响应快速算法-非线性部件模态综合(NCMS)法对具有基于负电容的同步开关阻尼(SSDNC)的叶盘结构动力学特性进行理论探究。分析结果表明NCMS法相比于Newmark法具有很高的计算效率,并能保证较高计算精度;SSDNC能够同时对叶盘结构的多阶振动模态都产生较好的抑制效果,并对多谐波激励下叶盘结构的所有振动峰值都产生较好的抑制效果(对于本文所用模型,振动峰值下降可达到73%);统计分析表明,SSDNC的振动抑制效果对叶盘结构机械失谐以及电路参数失谐均不敏感。

高超声速飞行器辐射式热防护系统概率分析方法

针对辐射式热防护系统设计输入变量的随机分布问题,结合有限元瞬态传热方法和蒙特卡洛直接抽样方法,建立了一种概率瞬态热分析方法。针对典型辐射式多层热防护系统,考虑各层热防护方案的厚度、材料热导率、比热容、密度等因素的随机分布,仿真得到了热防护系统表面最高温度和背面最高温度的随机分布特性,以及设计参数的灵敏度分析结果,对热防护系统的设计工作具有指导意义。

失谐流体激励下叶盘结构响应特性

对非均匀静子叶片分布影响下的失谐流体激励叶盘结构响应特性进行研究.首先推导叶盘结构强迫共振条件与流体失谐设计理论;其次对工程叶盘结构响应分析的模态减缩方法和精细积分法进行理论描述;最后给出数值算例,对谐调和失谐流体激励特性和实际工程叶盘的响应特性进行研究,分析流体失谐设计方法对叶盘强迫响应的影响.在响应特性计算中,通过有限元方法得到叶盘的系统质量、阻尼和刚度矩阵后,利用MATLAB软件编制程序进行响应特性分析.

时变转速下裂纹圆柱壳的参数振动稳定性分析

利用有限元方法建立周期时变转速影响下裂纹圆柱壳的有限元模型并且得到了系统的质量、刚度和阻尼矩阵.在对圆柱壳进行模态分析的基础上,利用Bolotin方法编制MATLAB程序进行周期时变转速影响下裂纹圆柱壳的参数振动稳定性分析,讨论裂纹长度C、模态阻尼比ξ、转速基值Ω0、静载荷因子α和动载荷因子β对不稳定区域的影响规律.

缝隙内高超声速气动加热数值模拟

针对航天飞机热防护系统组件之间的缝隙气动加热问题,建立二维缝隙局部网格模型,利用CFD方法研究了二维定常可压缝隙内高超声速气动热环境规律,主要分析了来流攻角、来流马赫数、缝隙宽度、倒角和台阶等因素对流场和气动热环境的影响规律。结果表明上述因素均会对缝隙局部热环境产生影响,在防热设计中应该综合考虑。通过本文的研究工作,给出了一种工程设计中可用的缝隙热环境设计方法。

周期对称性在失谐叶盘瞬态响应求解中的应用

提出了利用周期对称性仅使用一个扇区进行失谐叶盘瞬态响应分析的方法,给出了其理论和算法实现过程。该算法的核心思想是将失谐部分移至运动方程的右端作为非线性激励,将失谐问题转化为谐调非线性问题,并采用迭代法或预测位形法进行非线性响应的求解,以单自由度（DOF）系统验证时域推进方法的有效性。最后使用简化失谐叶盘的有限元模型验证了该方法的有效性。结果表明：采用扇区模型可将自由度数从3 888减少至324,而每一时间步仅需2-3次迭代即可收敛,扇区模型与整体模型计算结果吻合良好,最大幅值误差为0.14%，