翼面热静气动弹性的流固热交错迭代耦合分析

提出了一种针对高超声速翼面热静气动弹性的流固热交错迭代数值耦合方法,其充分考虑了气动环境（气动力和气动热）与结构变形之间的耦合、气动热与结构温度场之间的耦合以及温度场对结构刚度的影响。气动环境采用计算流体力学方法求解,结构传热和变形采用有限元法求解,在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行壁面热流、壁面温度、气动力以及翼面变形的数据传递,并应用该耦合方法进行了高超声速翼面热静气动弹性分析。结果表明,热环境造成翼面结构刚度降低,导致热环境下翼面变形明显大于常温（300 K）时的分析结果,且马赫数越大,两者之差越大。     

计及热效应的小展弦比机翼气弹稳定性分析

以小展弦比机翼为例，分析其在超声速巡航过程中翼面的气动弹性稳定性。采用分层求解思路，按时间序求解超声速巡航过程瞬态热环境下的翼面温度分布、热模态和颤振边界。分析可知：在根部完全固支条件下，结构各阶固有频率在气动加热初期较常温时均有所提高，随着气动加热的进行，其各阶固有频率却不同程度上发生下降，特别是扭转模态频率；固有频率的下降直接降低气流中机翼弯、扭模态耦合频率，最终降低飞行器的颤振边界；不同的边界约束条件对机翼内部热应力的变化规律影响程度不同，边界约束越少，热应力的变化对结构刚度和颤振边界的影响也越小。     

翼面热环境的并行迭代耦合方法及热模态分析

为了准确分析翼面热环境,提出了一种并行迭代耦合方法。气动加热和结构传热分别采用有限体积法(finite volume method,简称FVM)和有限元法(finite element method,简称FEM)求解,且采用基于虚拟空间的插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析,2s时刻驻点温度计算值与试验值相对误差为5.16%,验证了并行迭代耦合方法的精度。进行了翼面热环境和热模态的分析,结果表明翼面最高温度与马赫数呈近似线性关系,且非耦合方法获得的翼面最高温度比耦合方法高342.2K,这是由于非耦合方法未考虑气动热与结构传热之间的耦合效应。相比热应力引起的结构附加几何刚度,热环境下材料刚度的降低是翼面刚度和固有频率下降的主要因素,并且随着马赫数的增加,低阶比高阶固有频率下降得更快。     

机翼极限环颤振的CFD/CSD全隐式紧耦合方法

发展了一种机翼极限环颤振的全隐式紧耦合数值方法。流场的空间和时间离散分别采用基于有限体积法的Roe格式和双时间步长法。结构瞬态响应采用基于Newmark法的有限元法求解，并考虑机翼大变形情况下的几何非线性。此外，流场和结构分析均采用隐式时间推进格式。紧耦合方法在传统松耦合方法的基础上增加了伪迭代，当伪迭代收敛后再进行与真实时间步相关的物理迭代的分析，即能降低传统松耦合方法分析过程中冻结边界条件带来的时间滞后效应。进行了切尖三角翼的跨声速极限环颤振分析，结果表明，紧耦合方法获得的翼尖极限环振荡的幅值和频率均优于传统松耦合方法，更靠近试验结果，因此，紧耦合方法在一定程度上能消除时间推进累积的误差，具有更高的耦合时间精度。     

轴向运动热弹耦合楔形梁的振动特性

以工程中的基本构件楔形梁作为研究对象,分析梁在温度场和弹性场耦合条件下的振动特性。采用D'Alembert原理建立两端固支热弹耦合运动梁的运动微分方程,依据微分求积法得到其特征方程,并对两端固支耦合热弹运动梁的复频率进行了数值计算。得到不同的梁高比下,两端固支轴向运动热弹耦合梁的复频率和速度与频率的变化关系。楔形梁的第一阶模态发散失稳的临界速度随着梁高比的减小而减小,单一模态颤振的临界速度也呈现同样的变化趋势。     

基于流固耦合方法的某风扇超声速非失速颤振研究

针对某典型大展弦比风扇的超声速非失速颤振问题,采用基于流固耦合方法的能量累积法,对该风扇转子的超声速非失速颤振现象及颤振边界进行数值分析。研究结果表明,设计转速下的风扇转子叶片在其近效率最大点处发生基于一阶振动模态、IBPA=334.3°的超声速非失速颤振现象;叶片超声速非失速颤振边界的一阶叶片结构固有频率为f=201.68 Hz。     

基于四阶矩法车削颤振可靠性研究*

再生颤振是影响加工质量、加速刀具磨损、刀具破坏的主要原因。以车削加工为研究对象,针对具有不确定参数的车削加工颤振预测问题,研究车削加工系统结构动态特性参数具有随机特性的情况下颤振可靠性建模及求解问题。定义车削加工过程不出现颤振的概率为颤振可靠度,建立车削加工系统可靠性模型,研究四阶矩法求解可靠度的问题,提出利用颤振可靠性叶瓣图方法进行颤振预测。通过模态试验对一车床进行频响函数测试,采用四阶矩法计算获得了颤振可靠度,并与蒙特卡洛法获得的可靠度相比较。结果表明四阶矩法计算获得的可靠度与蒙特卡洛仿真结果一致性很好,但是四阶矩法计算精度高而且计算耗时远小于蒙特卡洛法。进行颤振可靠性切削试验,通过观察振纹和分析噪声功率谱识别颤振,对典型参数进行验证,试验结果与分析结果一致。     

机翼极限环颤振的CFD/CSD全隐式紧耦合方法

发展了一种机翼极限环颤振的全隐式紧耦合数值方法。流场的空间和时间离散分别采用基于有限体积法的Roe格式和双时间步长法。结构瞬态响应采用基于Newmark法的有限元法求解,并考虑机翼大变形情况下的几何非线性。此外,流场和结构分析均采用隐式时间推进格式。紧耦合方法在传统松耦合方法的基础上增加了伪迭代,当伪迭代收敛后再进行与真实时间步相关的物理迭代的分析,即能降低传统松耦合方法分析过程中冻结边界条件带来的时间滞后效应。进行了切尖三角翼的跨声速极限环颤振分析,结果表明,紧耦合方法获得的翼尖极限环振荡的幅值和频率均优于传统松耦合方法,更靠近试验结果,因此,紧耦合方法在一定程度上能消除时间推进累积的误差,具有更高的耦合时间精度。     

基于双向流固耦合的柴油机缸盖温度场分析

基于双向流固耦合方法对发动机冷却水套流场和机体缸盖结构进行联合求解,研究流固耦合作用下的缸盖温度场分布。首先计算缸内工作过程,获得燃气壁面温度和换热系数;然后将其导入双向流固耦合模型进行联合求解,获得缸盖温度场。并分别将单、双向流固耦合得到的温度场与试验值对比。模拟结果表明:双向流固耦合获得的缸盖温度场分布更加合理,其平均误差为-12.9℃,较单向流固耦合的平均误差降低50%。研究结果为缸盖温度场的获得和冷却水套的设计提供了参考依据。     

超深井提升机制动盘热应力场数值分析研究

基于顺序耦合法和直接耦合法,对超深矿井提升机制动盘热应力数值计算相关的热载荷计算方法、有限元建模及分析流程进行了研究,并对超深矿井提升机紧急制动过程中制动盘的温度场和热应力场进行了数值模拟,获得了紧急制动工况下制动盘的温度场和热应力场及其变化规律。同时,从有限元建模、计算时间、收敛性及计算结果的准确性等方面对各计算方法进行了对比分析。结果表明:紧急制动工况下目标提升机制动盘的温度和热应力满足设计要求;在提升机制动盘热应力计算方面,直接耦合法优于顺序耦合法。