连接界面黏滑摩擦行为的非线性载荷重构方法

提出一种连接界面黏滑摩擦行为的非线性载荷重构方法。基于非线性动力学子结构建模方法,将复杂连接结构视作线性子结构和非线性连接两部分,通过虚拟非线性激励载荷进行关联。以线性子结构为研究对象,采用两次动刚度矩阵求逆的反转技术消除传递函数的病态奇异性,建立观测点自由度和非线性连接自由度之间的传递关系。考虑连接界面黏滑摩擦行为的影响,将观测的非线性动力响应进行谐波级数展开,直接辨识连接界面的局部非线性接触载荷。利用螺栓连接梁结构的数值仿真和实验结果进行验证。结果表明:重构的虚拟非线性激励载荷能够直接反映连接界面黏滑摩擦行为的影响,并且能够有效地识别螺栓连接界面预紧性能的变化。

一种新型分数阶Tikhonov正则化载荷重构技术及应用

针对整数阶Tikhonov正则化载荷重构技术存在病态性和对噪声敏感等不足,提出一种新型分数阶Tikhonov正则化技术,将处理反问题的过程转化为一类无约束优化问题,并采用超记忆梯度法求解目标函数。通过工程应用算例验证所提出技术的实用性和稳定性,为解决工程应用中的反问题提供了一种新的有效方法。

格栅结构受力分析与载荷重构研究

本文基于有限元软件自动生成系统(FEPG),编制了先进复合材料格栅结构(AGS)在低速冲击作用下的有限元分析程序,实现了AGS在低速冲击载荷作用下的响应分析,通过实验验证了FEPG生成程序的正确性。将有限元与遗传算法相结合进行了载荷重构的初步研究,采用遗传算法对载荷进行了时程重构,为复杂结构的载荷重构提供了依据。

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究--Ⅱ：反演模型与验证

将最优化方法应用到复合材料格栅板的载荷重构中,基于文献[11]所建立的前向响应模型,通过构造误差性能指标J表征前向响应模型与实测响应的差,将载荷的反演转换为所定义误差性能指标极值条件的获取,应用平滑算法对指标J的极值进行了求解;并借助分布式响应的功率梯度云和指标J极值点的搜索给出了一套由粗到精的载荷定位方法,实现了AGS板的载荷时程和载荷位置的同时重构。算例与实验研究表明,本文方法具有较高的反演精度和鲁棒性,从而为AGS的工程应用提供了必要的技术储备。

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究Ⅰ:前向响应模型

先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e,对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论,建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式,应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应,并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构Ⅱ:逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。

基于载荷重构的冲击力校准方法

在落锤式冲击力校准系统中,针对非刚体的落锤测量点与撞击点的冲击力不相等会产生测量误差的问题,提出了基于载荷重构的冲击力校准方法。该方法采用r阶累加预测模型对测量响应进行滤波;通过落锤核函数矩阵的正则化,建立测量点与撞击点之间的载荷重构模型,实现冲击力测量误差的补偿。利用该方法进行冲击力测量实验,实验表明该方法的峰值相对误差(PRE)为0.6%,相对误差(RE)为3.1%;传统测量方法的PRE为5.7%,RE为6.8%,该方法的PRE和RE分别比传统测量方法改善89.2%和54.8%。该方法能有效降低冲击力的测量误差。

基于机器学习的机翼气动载荷重构及传感器优化布置

风洞实验通过在机翼表面布置传感器来测量相应位置的气动载荷,由于传感器布置数量有限,难以直接得到整个机翼全息气动载荷分布。本文采用机器学习方法通过有限传感器数据重构机翼表面全息气动载荷,并提出了利用仿真数据对传感器进行优化布置的方法。从计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算所得的机翼全息气动数据中选取有限位置数据模拟传感器实验数据,对比深度学习模型、高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)、支持向量回归(Support vector regression,SVR)与BP神经网络(Neural network,NN)对气动载荷的重构精度。通过评估由传感器数据重构的全息载荷精度对传感器布置方式进行优化设计。以M6机翼为例在给定的两个工况条件下验证本文所提出的方法。实验结果表明,GPR模型获得了最高气动载荷重构精度;给出了M6机翼在不同传感器总数下最优的截面数和单个截面布点数,最低传感器布置数下的最优布置方式,以及流场变化相对剧烈的前缘区域与展向截面的传感器布置方式。

基于健康监测的层合板结构载荷重构

探讨了载荷重构技术在智能化复合材料结构健康监测中的应用,着重针对一个自感知复合材料层合板的载荷重构进行了研究.首先,基于弹性波动理论和层合板理论,建立了低速冲击载衙作用下正交铺层层合板的前向波动模型的状态空间表达式;通过构造误差指标J,应用优化求逆重构了载荷时程和载荷的作用点,并应用算例对以上方法进行了验证.

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。

基于共轭梯度法的航天发动机典型管路载荷重构方法研究

航天发动机在实际服役时,内部管路结构经常受到各类载荷的作用,对结构产生负面影响.为了有效获取航天发动机管路中的载荷信息,提出了基于共轭梯度法的载荷重构方法.根据管路局部应变参数,以正问题与逆问题过程中航天发动机管路结构应变响应参数的残差最小为优化目标,实现载荷信息的重构.为了验证所使用算法的有效性和准确性,以某型号航天发动机管路结构为例,分别进行了静载荷、简谐激励、随机激励信息的识别重构.数值算例表明,该方法可以准确有效地对管路中受到的载荷信息进行重构,且重构误差较小,均在5%左右.

基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法

通过将Wilson-θ数值算法转变为一种等效的显式表达式,由此建立了一种基于Wilson-θ显式算法的动载荷识别方法。在选取合适的参数θ值以后,该算法是无条件稳定的,并且避免了以往隐式识别算法中由于递推计算产生误差累积导致识别结果严重发散的问题。通过引入响应系数矩阵,该显式算法可以灵活地选取响应类型用于载荷识别计算。同时结合分离变量方法,将载荷位置信息从建立的模型矩阵中提取出来,由此减少矩阵求逆的次数,提高载荷定位计算的效率。结合简支梁的仿真算例与试验测试对该载荷识别方法进行验证。研究结果表明,基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法能够有效地识别得到载荷位置及相应的时间历程。相对于传统载荷识别方法,该方法计算结果的准确性更好,且运算效率更高。

飞机垂尾抖振极限载荷预测方法

为满足先进战斗机高速、大机动飞行性能的要求,在飞机设计的强度估算与校核中必须考虑抖振载荷的影响,以保证飞机结构在全包线飞行状态中具有足够的强度。按照飞机飞行状态进行抖振飞行子状态划分建立起抖振载荷数据库的数据存储关系,提出根据有限测点处测试的抖振响应重构飞机垂尾结构抖振载荷的方法,并基于所选抖振飞行子状态载荷概率分布模型预测出抖振极限载荷。最后以某飞机垂尾上某节点的抖振极限载荷预测为例,演示用该方法预测飞机垂尾抖振极限载荷流程。

采用分离变量法的载荷位置识别技术研究

基于分离变量法提出了一种新的识别动载荷位置及时间历程的方法,以提高载荷定位的效率。根据结构系统参数建立响应与外部载荷之间的卷积关系式并离散化;采用分离变量法将载荷位置信息从脉冲响应函数矩阵中提取出来,根据响应信息选取合适的模态;利用正则化技术对载荷识别过程中的不适定问题进行求解;结合简支梁的仿真计算和实验测试对该载荷定位方法进行验证。研究结果表明,基于分离变量法的载荷识别方法能够准确地定位结构载荷位置并识别载荷时间历程,总体误差较小,相关性系数较大。相对于传统载荷位置识别算法,分离变量法减少矩阵求逆次数,提高了载荷定位的效率。

航空结构低速冲击监测技术研究进展

低速冲击对航空结构造成的潜在损伤严重威胁飞行器的飞行安全。冲击监测技术能够实时定位冲击源、重构载荷历程并估计冲击能量,是结构健康状态评估的关键技术,对于保障飞行器的服役安全具有重要意义。概述了冲击监测的一般流程;归纳了具有代表性的冲击定位方法,包括基于稀疏传感器阵列的时差法、时间反转聚焦法、参考数据库法和机器学习法,基于密集传感器阵列的波束成形法、传感器簇法、多重信号分类法和空间波数滤波器法,以及基于非波动信号的其他方法;总结了基于模型和机器学习的2种冲击载荷重构方法,以及冲击能量识别方法;结合冲击监测技术的现状,讨论了其面临的技术挑战并展望其发展趋势。

Reconstruction Method for Running Shape of Rotor Blade Considering Nonlinear Stiffness and Loads

The aerodynamic and centrifugal loads acting on the rotating blade make the blade configuration deformed comparing to its shape at rest. Accurate prediction of the running blade configuration plays a significant role in examining and analyzing turbomachinery performance. Considering nonlinear stiffness and loads, a reconstruction method is presented to address transformation of a rotating blade from cold to hot state. When calculating blade deformations, the blade stiffness and load conditions are updated simultaneously as blade shape varies. The reconstruction procedure is iterated till a converged hot blade shape is obtained. This method has been employed to determine the operating blade shapes of a test rotor blade and the Stage 37 rotor blade. The calculated results are compared with the experiments. The results show that the proposed method used for blade operating shape prediction is effective. The studies also show that this method can improve precision of finite element analysis and aerodynamic performance analysis.