考虑机翼柔性影响的发动机安装系统隔振设计研究

目的研究综合考虑安装系统的隔振效率、振型解耦、机翼柔性等因素影响的涡桨发动机安装系统隔振设计方法。方法首先对二自由度系统的动力学特性进行理论推导,得出机翼柔性在安装系统隔振分析中的重要性。进一步将弹性中心理论应用于发动机安装系统设计中,获得双平面五点式安装系统主要设计变量的优选参数。为分析柔性机翼对该设计过程的影响,利用有限元和多体动力学方法建立安装系统的刚柔混合计算模型,并进行分析。结果机翼阻尼对高频共振响应影响较大,垂向刚度比大于2时,安装系统取得较好的减振效果。结论综合考虑机翼柔性及振动解耦等因素的发动机安装系统隔振设计方法可以为航空发动机安装系统的工程设计提供参考。

耦合RANS/LES模型与LEE方程的气动噪声混合预测方法

耦合湍流速度生成模型与线化欧拉方程,建立了气动噪声混合预测方法。该混合方法的湍流速度生成采用了非定常求解NS方程方式,为声传播方程提供了可靠的源项。声源的传播计算选用线化欧拉方程,其时空离散采用低色散低耗散高阶格式,远场边界选用了无分裂形式的理想匹配层边界条件。流场网格与声场网格的湍流速度信息交换采用了高阶插值算法。针对空腔标模M219的气动噪声预测,分别采用了统计声源与声传播(SNGR)方法、RANS/LES+LEE方法进行了计算分析。通过对比声源的分布、量级,以及监测点的声压曲线及声压级频谱曲线,分析可得出:RANS/LES+LEE方法能准确捕捉空腔各阶模态的声压级峰值。经数值模拟结果与实验结果的对比,表明RANS/LES+LEE方法相比于SNGR方法更适合模拟空腔这类流激振荡现象引起的声传播问题。

快速随机粒子网格法的气动噪声预测方法

耦合随机湍流速度生成模型与线化欧拉方程技术,形成了一套具备模拟噪声在非均匀流场中传播能力的气动噪声混合预测方法。该混合方法的随机湍流速度生成模型采用了快速随机粒子网格法,为声传播模拟提供了可靠的源项。而噪声的传播计算选用线化欧拉方程,其空间离散采用9点5阶的色散保持关系格式,时间推进选用了高精度大时间步长的6级4阶龙格库塔格式,远场边界应用了无分裂形式的理想匹配层边界条件。首先,选用高斯脉冲传播算例对线化欧拉方程的时空离散格式、远场无反射边界条件进行了验证分析。然后,计算分析各向同性湍流的空间相关性验证湍流速度生成模型的可靠性。最后,基于已搭建的气动噪声混合预测方法进行了30P30N三段翼缝翼噪声的计算分析。计算分析可知：监测点处功率谱密度曲线、噪声指向性等计算结果与参考文献结果取得了较好的一致性。数值计算结果表明所建立的气动噪声混合预测方法能有效预测二维复杂构型的气动噪声问题。

一种适用计算声学问题的网格间断人工黏性分布策略

在计算声学数值模拟过程中,当空间离散采用高阶有限差分格式时,在网格间断处易出现短波发散问题,易污染整个计算域的数值解。针对该问题,在对称模板DRP格式的基础上,探索了曲线坐标系下交界面、奇异点等间断处人工黏性添加策略;经过初始扰动绕圆柱传播算例的计算对比分析表明:声波随着时间推移,向空间逐步散开;当声波到达圆柱时,声波会发生部分反射现象,形成二次声源向空间传播,整个计算过程中未出现计算发散现象。研究结果表明,提出的人工黏性分布策略能有效解决间断处短波发散问题,为复杂构型的声场模拟提供技术支撑。

一种压电型变刚度动力吸振器原理与验证

为了拓宽传统动力吸振器的的控制带宽,设计了一种采用压电堆元件的变刚度动力吸振器,利用欧拉梁弯曲刚度受其预应力影响的力学原理,采用调节控制电压改变压电堆元件的输出力,进而实时改变作为吸振器弹簧元件的欧拉梁弯曲刚度。介绍了动力吸振器的工作原理,给出了欧拉梁弯曲刚度的计算方法,设计并加工了一种压电型变刚度动力吸振器原理样件,并开展试验验证。动力学特性试验测试结果表明,驱动电压为0~120 V时,吸振器的移频范围为71.5 Hz^75 Hz。

基于形状记忆合金声子晶体的带隙优化设计

声子晶体是一种具有声子带隙的周期性结构,通过对其带隙的动态调控设计,进而满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章在声子晶体的带隙设计中,引入智能材料,采用拓扑优化方法,开展多功能声子晶体带隙动态调控设计.首先采用有限元方法分析声子晶体的带隙性能,并建立形状记忆合金的温度本构关系模型;其次基于变密度法的拓扑优化方法,在满足特定体分比及强度约束、保证声子晶体单胞之间的连接性约束条件下,以相对带隙最大化为目标函数建立声子晶体带隙设计优化模型;最后根据改进的材料插值模型,分析求解设计灵敏度,采用移动渐进法开展多功能声子晶体带隙结构的拓扑优化设计.优化结果表明:在XY模式下形状记忆合金从马氏体转换到奥氏体带隙拓宽了103.9%,在Z模式下带宽增大了3.75倍.研究结果为声子晶体在复杂环境下实现更为主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

基于数值分析的模态阻尼系数获取方法

结构模态阻尼系数是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼系数对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本研究针对2024-O铝合金,进行了大量的元件级试件的振动疲劳仿真分析、试验研究以及数值分析计算,并提出了一种基于数值分析的快速获取结构模态阻尼系数的方法,适合于获取试验件振动疲劳试验过程中的模态阻尼系数变化趋势。研究表明:在不中断试件疲劳试验的情况下,本文方法可以快速准确地得到试验件在整个振动疲劳历程中的模态阻尼系数,固有频率的相对偏差小于0.06%,模态阻尼系数的相对偏差小于1%。为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤的形成机理奠定了基础。

结合并行策略与距离减缩法的搜索算法及其在CAA中的应用

为提高流场与声场信息传递效率,建立了一种耦合MPI并行策略与改进距离减缩法的搜索算法。在完成点搜索后,采用一种适合于结构和非结构网格的形函数插值算法进行流场插值,实现了流场信息从流场网格到声场网格的快速传递。针对网格点搜索算法效率的验证,选用二维30P30N三段翼为研究对象,在不同的子进程数下进行对比分析。结果表明,相对于传统的距离减缩算法,本文提出的改进算法能有效提高CAA网格点的搜索效率,并且效率随着子进程数的增加而提高。在此基础上,将建立的流场与声场信息传递技术模块应用于CAA方法中,并对二维NACA0012翼型的后缘噪声问题进行计算分析,计算结果反映基于流场与声场信息快速传递算法的CAA方法能有效模拟宽频气动噪声问题。

叶片缘板阻尼结构阻尼效果分析

基于谐波平衡法,分别通过理论分析和有限元数值仿真分析对某涡轮叶片缘板阻尼结构进行了阻尼效果分析,并与试验结果进行了对比,两者吻合性较好。研究发现叶片频率随着阻尼块离心力的增大呈非线性增大,但叶片振型基本不变;叶片最大振动应力出现在伸根处进气端;阻尼块起到了明显的阻尼效果,且在高量值激励下,阻尼块起到的阻尼效果更加明显。

基于热红外成像技术的300M钢疲劳极限测定

对经过热处理和未经过热处理的超高强度300M钢在室温下的常规疲劳性能进行了研究,用红外成像仪测量了疲劳试验过程中合金表面的温度变化;根据疲劳试验过程中温度-应力关系及试样表面温度分布差异,确定疲劳断裂位置和疲劳极限。结果表明:根据试件表面温度变化可以预测疲劳断裂位置;以此法确定的热处理300M钢疲劳极限为833MPa,与常规疲劳试验测得的疲劳极限吻合较好;加载初期300M钢升温到一定温度后形成平稳段,在断裂前温度快速升高。

永磁铁近场等效阻尼计算分析

目的探究相对速度对等效电涡流阻尼效应的影响规律。方法利用解析法和有限元法分别分析了柱塞型电涡流吸振器的动态电磁场分布和电涡流等效阻尼效应,并基于有限元法分析了永磁铁在不同运动速度下的等效阻尼效应。结果有限元法求解电涡流等效阻尼的精度更高,相对运动速度对等效电涡流阻尼系数有相应非线性影响规律。结论解析法认为的恒定磁场实际中是不存在的,等效电涡流分布和强度高度依赖于磁装置的运动特性。