热声载荷环境高速飞行器加筋壁板非线性振动响应特性研究

目的 针对热声载荷环境下高速飞行器排气道加筋壁板结构的大挠度非线性振动响应特性问题展开研究。方法 基于薄壁结构大挠度运动控制方程,开展了加筋壁板结构在热声载荷下的非线性响应仿真计算,给出了加筋壁板结构运动方程,分析了发生热屈曲的临界温度,并运用有限元方法进行数值模拟,计算了加筋壁板结构在不同载荷下的非线性振动响应特性。结果 模态频率的一致性在结果中得到体现。计算了多参数即结构、温度、声压级变化下壁板结构的响应变化。加筋会使壁板结构基频升高,响应降低;屈曲前随温度上升,结构基频不断降低,最低时处于临界温度附近;屈曲后随温度上升,结构基频不断升高。基频幅值在温度上升的过程中先升高后降低。声压级每升高6 dB,等效应力平均升高1.98倍,验证了响应的非线性特性。结论 结构、温度、声压级参数对加筋薄壁结构非线性振动响应有较大影响,加筋壁板结构在温度上升过程中由屈曲前稳定状态变为屈曲失稳状态,又逐步变为屈曲后稳定状态。本文所做的工作可为其他薄壁结构,尤其是加筋壁板结构的非线性振动响应特性计算与分析提供参考依据。

基于声线跟踪法的车体表面声载荷仿真

为解决用整车统计能量模型进行声学包开发时仿真精度低、试验投入大的问题,提出了一种基于声线跟踪法计算车体表面声载荷的方法。首先,提取车体外表面硬壁板,在VAOne软件中建立声线跟踪法求解模型;其次,测试得到车体关键声源的噪声值;最后,将关键噪声源加载到声线跟踪法求解模型计算得到车体表面声载荷。以某SUV车型为研究对象,进行车体表面声载荷计算,并与试验测试结果进行对比,结果表明:应用声线跟踪法计算得到的车体表面声载荷与试验值一致性较好,可提高声学包开发的仿真精度。

燃烧条件下火焰筒温度及噪声载荷特性实验研究

航空发动机燃烧室内部高温、气动及噪声等复杂载荷环境是导致火焰筒结构产生裂纹的主要因素之一,掌握火焰筒结构表面载荷特性及其与燃烧参数之间的关系,对于其强度评估非常重要。本文依据某型发动机真实构型设计了典型火焰筒试验件,搭建了模拟燃烧试验平台,发展了热电偶/示温漆组合测温和基于波导管的噪声测试方法,获得了不同燃烧状态下火焰筒表面的温度与噪声载荷分布特征,通过对比试验给出了进口温度、流量、供油量等参数对结构载荷的影响规律。结果表明,火焰筒表面噪声总声压级峰值超过150d B,总声压级、频率特性及分布特征与燃烧状态和结构振动特性等因素相关。

热声载荷下C/SiC薄壁层合板结构动力学响应计算与寿命分析

高超音速飞行器薄壁结构在工作环境下承受着复杂的高温强噪声载荷,高温会使材料性能发生变化,导致局部区域出现热声疲劳破坏,影响结构的耐久性和完整性。针对此类问题,基于薄壁结构大挠度非线性振动理论,构建热声载荷下四边固支C/SiC薄壁层合板结构的数值仿真模型,并对其进行了动力学响应计算,研究了不同热声载荷组合下的振动响应规律,并采用线性累计损伤理论对结构进行疲劳寿命的预估和分析。结果表明,热声载荷对碳/碳化硅薄壁层合板的非线性响应影响不同,热载荷通过改变结构基频来影响结构非线性响应。四边固支C/SiC薄壁层合板在热声载荷作用下表现出非线性随机振动特性,并且呈现在平衡位置随机振动、随机跳变等多种运动状态,跳变运动给结构造成更大的的损伤更大。

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。

热声载荷下薄壁结构非线性振动响应分析及疲劳寿命预测

基于时域分析法研究了金属薄壁结构在热声载荷下的非线性振动响应特性,并采用四种应力寿命模型预测了薄板梁的热声疲劳寿命。以典型薄板梁为研究模型,首先研究了单一噪声激励下薄板梁的时域响应特性及热载荷对其响应特性的影响机理,并仿真分析了薄板梁在热声激励下的非线性响应特性。在此基础上,运用雨流法统计了薄板梁根部的应力响应,并基于Miner线性累积损伤理论采用Goodman、Morrow、Walker和修正Walker应力寿命模型预测了薄板梁在不同工况下的热声疲劳寿命。研究结果表明:薄板梁的热模态基频在其热声疲劳问题中起主导作用;薄板梁热屈曲后的非线性跳变响应将增大应力幅值,从而严重削弱结构的预期寿命;噪声载荷是影响屈曲前薄板梁热声疲劳寿命的主要因素,而热载荷是影响屈曲后热声疲劳寿命的主要因素。因此在薄壁结构抗热声疲劳设计中必须重点考虑热声载荷联合作用的影响。

燃烧室声载荷时域信号预测自回归模型——时域Monte Carlo法预测结构声疲劳

利用航空发动机燃烧室噪声测试数据,采用时间序列自回归滑动平均分析方法建立了燃烧室噪声及动压预测模型ARMA(17,16),并用其对噪声时间历程进行了最佳预测。

薄壁结构在热声载荷下的疲劳寿命分析与试验验证

数值研究了热声载荷作用下薄壁结构的动态响应,并开展了薄壁结构的热声激振试验,获取了薄壁结构的热模态频率与不同热声载荷下的动态响应结果。采用热声疲劳寿命预估模型,仿真分析了薄壁结构疲劳寿命随声压级和温度的变化规律。试验与仿真结果对比表明,试验与仿真的模态频率具有一致性,应变响应量级相同。屈曲系数由0增加到1.8,GH188金属薄壁结构疲劳寿命呈先降低后增大趋势。验证了热声试验方法的合理性与可靠性,以及薄壁结构热声响应仿真方法与模型的有效性。薄壁结构在屈曲前/后过程中表现出稳定-失稳-再稳定的过程。

复合材料薄壁结构在热声载荷作用下的非线性动态响应特性分析

复合材料薄壁结构被广泛地应用于先进的航空航天器上,薄壁结构在工作时会承受复杂的机械力载荷、气动载荷、热载荷和声载荷,这些载荷会导致结构以非线性方式响应。其中,薄壁结构在热载荷和声载荷同时作用下易发生跳变响应。本文通过使用有限元法来研究复合材料薄壁结构在热声载荷下的响应计算与特征分析。首先建立热声载荷作用下复合材料薄板振动的非线性大挠度方程,讨论非线性恢复力项对结构自由振动的影响。其次分析了热及噪声载荷造成的结构几何非线性对板动态响应的影响,结果表明温度会改变薄板的位移及应力响应,改变薄板基频并使功率谱密度(PSD)谱线变宽。在强噪声环境下,板的位移响应会产生相应变化,但由于此时声载荷完全超过了热力项从而制约了形状恢复应力,所以薄板的应力响应不会产生变化。

随机声载荷时域信号仿真模型研究

利用航空发动机环行燃烧室噪声测试数据,采用时间序列自回归分析方法得到了燃烧室噪声及动压仿真模型ARMA(17,16),并用其对噪声时间历程数据进行了最佳预测。

热声载荷作用下薄壁壳结构非线性响应及疲劳寿命估算

高超飞行器表面薄壁结构在热声载荷下发生复杂非线性响应,结构内部快速变化的应力对结构疲劳寿命有显著影响。在原有平板结构计算结果基础上,利用有限元法对薄壳结构在热声载荷下的大挠度非线性随机响应进行了分析,得到了薄壁壳在均匀温度下的非线性响应,结合线性损伤理论和雨流循环计算法对薄壁壳结构疲劳寿命进行了估算。结果表明,薄壁壳在热声载荷下的非线性响应呈现明显的稳定-失稳-稳定过程,结构寿命在失稳状态下受到严重影响;非线性响应的应力幅值和均值共同表征结构的疲劳损伤特性。

热声载荷下复合材料薄壁结构的随机疲劳寿命估算

复合材料薄壁结构承受着高温强噪声载荷,高温环境能够改变材料的性能,而强噪声能使薄壁结构发生大挠度非线性响应。热声载荷达到一定值后,结构的动态响应会出现屈曲甚至跳变响应。热声载荷下复合材料薄壁板非线性响应理论分析方法,采用时域蒙特卡洛法求解非线性运动方程,并根据应力峰值分布,采用线性损伤累积理论和S-N曲线估算结构的疲劳寿命。以碳/碳复合材料矩形板为例,计算了高温强噪声载荷作用下对薄壁板的动态响应和疲劳寿命。

飞行条件下飞机表面声载荷测试方法研究

文章对飞行条件下飞机表面声载荷测试方法进行了研究。为了降低表面传声器安装产生的额外气动噪声,给出了采用过渡圆盘安装表面传声器的方法,并对飞行过程中其他测试设备的安装及固定方法进行了介绍。另外还对测试步骤以及数据处理方法进行了研究。最后,对飞行过程中表面传声器安装和环境变化对测试结果产生的影响的修正方法进行了研究,以最大的程度还原机体表面的真实声载荷。

热声载荷下C/SiC层合薄板动态响应分析及寿命预测

鉴于处在热声载荷下的薄壁结构工作条件恶劣,极易发生屈曲和声疲劳从而影响构件的稳定性和使用寿命。以四边固支C/Si C复合材料层合板结构为研究对象,运用有限元方法计算结构在不同温度和声压级组合下的振动响应,分析屈曲前后响应特性并总结了典型的非线性振动响应特性;基于复合材料层合板高比强和特殊的结构疲劳损伤机理特点,运用改进的雨流法统计了层合板在超高温度强噪声工况下的应力响应,结合材料对称循环疲劳性能试验所得数据拟合地考虑平均应力影响的等效寿命公式和Palmgren-Miner线性累积损伤准则估算层合板的疲劳寿命。

热声载荷下高温合金薄壁结构非线性动态响应特性

针对航空航天薄壁结构热声疲劳问题,采用解析法和有限元法相结合,研究矩形薄板样件的非线性动态响应特性。首先,推导了四边简支矩形板在热声载荷下的四阶非线性偏微分大挠度运动方程,并利用伽辽金法将其转化为模态坐标系下的二阶微分方程组;对该方程组进行单自由度简化,计算并分析了平面温度与温度梯度对矩形板振动响应的影响。然后,采用有限元方法计算出四边简支矩形钛合金板在不同温度下的模态频率,以及定常声压级、不同温度下的振动位移和应力响应,并着重对位移功率谱密度进行了详细分析。基于上述计算结果,对响应基频随温度变化关系进行了对比分析,并研究了矩形板屈曲和跳变响应特征。

碳/碳复合材料薄壁结构在热声载荷作用下的动态响应

高速飞行器中大量使用复合材料薄壁结构,高温和强噪声联合作用的工作环境使复合材料薄壁结构表现出强非线性振动响应特性和复杂的运动形式。以四边固支碳/碳(C/C)复合材料薄壁结构为研究对象,采用有限元法计算了其在不同温度和声压级(SPL)组合下的振动响应。得到了典型的振动响应运动形式,包括屈曲前的随机振动、屈曲后的跳变运动和围绕一个平衡位置的随机振动。结合振动响应的概率密度、功率谱密度,随着温度和声压级的变化,对振动响应的非线性特性进行了分析。结果表明,热载荷和声载荷对响应非线性特性的影响方式不同,强噪声载荷引起的间歇跳变降低了结构的刚度。

加筋板在热声载荷作用下随机疲劳寿命估算

薄壁结构在热声载荷作用下的应力响应对其疲劳寿命估算有着很大的影响。给出了热声载荷作用下加筋板结构的大挠度运动方程,运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的应力响应,得到了应力时间历程、应力概率密度分布和应力功率谱密度,利用改进的雨流计数法,结合线性累计损伤理论,采用Smith-Watson-Topper(SWT)平均应力模型估算了两种结构在热声载荷作用下的疲劳寿命,并进行了比较分析。

加筋板在热声载荷作用下的非线性动态响应分析

先进航空航天飞行器为减轻重量而大量采用薄壁结构,随着飞行速度的提高,其面临着的日益严峻的高温强噪声工作环境,会使得薄壁结构在复杂的应力应变状态下产生大挠度非线性响应,严重影响了飞行器的工作可靠性。给出了热声载荷作用下薄板结构的大挠度运动方程,分析了发生热屈曲的临界温度,并运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的动态响应,比较了两种结构在相同热声载荷环境下的非线性动态响应特征。

高温声载荷下火焰筒结构动力学响应特性分析

航空发动机火焰筒长期工作于严酷的高温、强噪声环境中,火焰筒结构在温度载荷与随机声激励载荷的耦合影响下极易发生疲劳破坏现象。采用耦合有限元/边界元的方法以某型单管火焰筒为原型,建立火焰筒简化模型,对高温随机声载荷下火焰筒结构进行数值仿真计算。通过功率谱密度法对结构非线性动力学响应特性进行分析,总结出火焰筒结构随温度和声压级变化时应力响应特性的规律。该研究方法、模型和结论对深入开展火焰筒薄壁结构动力学设计具有一定的参考价值。

压力容器声振时效处理中声载荷及时间控制研究

本文对压力容器声振时效中施加声载荷和声振时间问题进行了实验研究和探讨，得到了声振时效质量的宏观控制方法和准则，最后按准则对容器进行了声振时效处理，得到了满意的结果。