航天器弹性充液贮箱双向流固耦合响应特性数值分析

贮箱是航天器的重要组成部分,就其结构方面来讲,基本特点是结构重量轻、刚度和强度要求高。贮箱本身填充大量液体,同时还需要经历较复杂的力学环境。因此薄壁贮箱的流固耦合问题,特别是动力学问题,一直是航天器的关键问题之一。针对薄壁贮箱的流固耦合问题,建立了弹性充液贮箱模型,采用双向流固耦合方法对考虑流固耦合效应的充液贮箱进行了瞬态响应分析,得到了充液贮箱液体晃动波高以及贮箱结构应力随时间的变化历程。通过改变贮箱的材料、厚度以及箱内液体的充液比,研究了箱体柔性对液体晃动及结构受力特性的影响。结果表明:适当增加箱体材料的柔性,即通过减小材料的杨氏模量、密度和厚度,可以有效抑制贮箱内液体晃动;增大箱体的厚度或者减小材料的杨氏模量和密度,箱体受到的应力均减小;改变箱内液体的充液比,可以发现,随着箱内液体充液比的增加,液体晃动幅度减小,箱体受到的应力增大。     

充液管道能量传递途径及减振分析

通过有限元方程求出充液管道的力和位移响应,由力和位移响应求出管道系统的功率流及能量分布,从能量角度对管道振动进行定量的评估。从减少管道自身的振动出发,以管道平均长度的能量为评估值,定量地评估在采用不同的支承时管道的振动程度,并与传统的以管道振动位移为评估值的振动评估方法进行对比。结果表明,以能量作为评估值的方法比以位移作为评估值的方法更准确,可为管道系统的振动控制提供更为有效的理论依据。     

充液环肋圆柱壳耦合振动的波动解

研究了充液环肋圆柱壳结构的耦合振动特性。基于Love壳体理论,考虑壳体内部完全充液,采用波动法建立充液环肋圆柱壳耦合振动的频率特征方程,得到了不同边界条件下的耦合频率值。通过与已有文献数据对比,验证了该文研究方法的有效性和正确性。最后通过算例,分析了充液因素、环肋参数、边界条件、壳体几何参数等对充液环肋圆柱壳耦合振动的影响。     

含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

对含环向表面裂纹有限长充液圆柱壳的耦合振动特性进行了研究。在经典薄壳理论中引入基于断裂力学的线弹簧模型来模拟环向表面裂纹;根据理想流体在柱坐标系下的Helmholtz波动方程,通过添加流体载荷项建立了圆柱壳的耦合振动控制方程,采用波传播法描述耦合系统的振动;经优化迭代法有效地计算对应特定固有频率的轴向波数,在此基础上迭代计算满足特定边界条件和裂纹位置连续性条件的固有频率值。为验证方法的准确性,将计算模型分别退化为真空中完善圆柱壳,真空中裂纹圆柱壳,充液完善圆柱壳,三种情况与文献及有限元方法结果进行对比,验证了方法的准确性;讨论了裂纹深度和裂纹位置参数对圆柱壳固有频率改变的影响。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

夹层充液的双层加肋壳体的振动模态分析

基于流体的波动方程和结构的动力方程,利用有限元方法研究了考虑流固耦合时的双层加肋圆柱壳体的振动特性。论文计算了充液夹层圆柱壳体在加肋和不加肋两种情况下的结构模态,分析了影响结构振动的主要因素,为进一步开展水下航行器的研究提供了一定的依据。     

流通环境对液氮充注蓄冷配送箱保温性能的影响

目的 为了提高液氮充注蓄冷配送箱在流通过程中的保温性能,保证配送品质。方法 搭建配送箱流通环境模拟试验平台,研究不同外界风速、外界温度和振动频率对蓄冷配送箱内空气温度变化和温度场分布的影响。结果 试验结果表明,当外界风速增大时,箱体内部环境的升温速度也会增大;外界温度对液氮充注完毕后箱内最低温度产生较大影响,箱体内部空气最低温度随外界温度降低而降低,同时始终在运输过程中维持较低的温度,箱体内温度场均匀性先提高后降低;振动对箱体内部环境的升温速度影响较大,而随着振动频率增大,箱体内部的温度场均匀性变差。结论 该研究可为蓄冷运输配送设备的设计与优化提供参考。     

基于能量有限元法的损伤充液管道振动分析

管道结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生一定的变化,根据充液管道的动力学方程,推导得到了充液管道振动的能量平衡方程和能量有限元方程。分别采用能量有限元法和有限元法对充液管道的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法求解充液管道振动响应的准确性。在此基础上建立了基于能量密度变化和能量流变化的两个损伤指标,讨论了单元受损后的刚度变化和阻尼变化对能量流指标的影响,算例表明基于能量流变化的指标能够有效地识别充液管道结构的损伤部位。研究为基于能量有限元法预报充液管道的振动和基于该方法识别输流管道的损伤提供了理论基础。     

充液管系轴向振动响应计算研究

本文采用特征线法,利用经典水锤与扩展水锤模型分别对一流液直管管系在不考虑固液耦合作用与考虑耦合作用两种情况下的轴向振动响应进行计算。对固液耦合作用给管道液体振动响应所带来的影响进行研究。研究结果表明,固液耦合作用对充液管系振动有着明显的影响。     

充液管道振动研究

充液管道系统中液体的压力脉动和管壁的结构振动会引起很强的振动和噪声，甚至导致管系或机器的损坏。由于在充液管道中存在多种振动波，且它们之间会发生耦合，振动机理非常复杂。因此长期来许多学者对此进行了大量的研究。本文主要综合阐述国内外关于管道振动的研究概况，并集中讨论充液管道振动噪声的研究。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

The coupled vibration characteristics of a spinning and axially moving composite thin-walled beam

This article focuses on the coupled vibration characteristics of a spinning and axially moving composite thin-walled beam. Dynamic equations of the coupled vibration problem are built by Hamilton's principle. Galerkin's method is employed to solve the equations. The combined effects of spinning angular speeds and axial speeds on natural frequencies of the beam are studied specifically. Some interesting conclusions about the critical axial speed and critical spinning angular speed are proposed. Numerical simulations are performed to discuss the influences of spinning angular speeds, axial speeds, length- and thickness-to-radius ratios and fiber orientation angles on vibration characteristics of the beam.     

基于自重影响的连续轴扭/弯耦合振动的研究

考虑轴的自重的影响,研究轴的质量中心分布线与旋转中心线不重合时的扭/弯耦合振动情况。研究中,基于轴的基本理论建立了轴的扭/弯耦合振动的方程组,并根据振型叠加法以及模态的正交性进行了耦合方程组的求解。对简支轴仅考虑自重情况下轴的扭/弯耦合振动进行了自由振动和强迫振动的研究,对与理论研究条件相同的实际简支轴进行了耦合振动响应的实测研究。研究结果表明:第一、三、五…阶弯曲振动是跟第二、四、六…阶扭转振动相耦合的,而第二、四、六…阶弯曲振动则是跟第一、三、五…阶扭转振动相耦合。     

磁流变式调谐液柱阻尼器的两级双态半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器（MR-TLCD）是由调谐液柱阻尼器（TLCD）和磁流变液阻尼器（MRD）组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由度结构耦合动力方程,从耗能受力角度详细阐述了MR阻尼力、TLCD液体恢复力是阻尼力还是负阻尼力。基于MTALAB/Simulink工具箱,仿真分析了单自由度被控结构受风致振动时简单双态控制、离复位控制和两级双态控制三种半主动算法下的减振效果。结果表明提出的两级双态控制算法效果最优,离复位控制次之,简单双态控制也远好于被动控制效果。综合考虑MR-TLCD与被控结构组成的动力系统,两级双态控制最趋于稳定。三种控制算法均显示良好控制效果,且结构位移控制效果略好于结构加速度。     

圆柱贮箱类液固耦合系统转动响应分析

以一种新方法建立了俯仰激励下圆柱贮箱类液固耦合系统的动力学方程,对液体子系统和结构子系统分别得到压力体积分形式的Lagrange函数和标准形式Lagrange函数（动能减去势能）,由变分方程和Lagrange方程可以建立系统的动力学方程,通过数值仿真发现,在一定的激励幅值和频率下,该耦合系统会出零点漂移、分叉等非线性动力学现象。     

基于车桥耦合振动的车辆舒适性分析

研究车桥耦合振动引起的车辆舒适性问题对合理设计桥梁结构,从而减小车桥耦合振动响应和提高司乘人员的乘坐质量具有重要意义。分别利用有限元法和达郎伯原理建立了大跨度公路斜拉桥三维模型和9个自由度的车辆空间模型。通过位移和力的协调条件将车桥两个子系统耦合起来,求解车桥系统的振动微分方程。基于计算机软件ANSYS中的APDL语言编写了求解振动微分方程迭代计算的命令流,以ISO2631-1―1997标准建立了评价车辆舒适性的方法,并据此分析了主跨为550m的福建长门大桥在多车辆通过时考虑不同车速和车重时的车辆动力响应和车辆舒适性。计算结果表明,随着车速的增加,车辆的动力响应增加,舒适性变差;而随着车重的增加,车辆的动力响应减小,舒适性变好。     

浸水旋转壳体振动特性的有限条—边界元分析

根据旋转壳体的结构特点,利用有限条法对其进行分析达到降维目的;对流场则提出了一种特殊的边界单元,这种边界元不仅能与结构的有限条单元协调,而且计算量小,精度高;在此基础上,通过凝聚降阶进一步减少流固耦合系统的控制方程。对典型浸水旋转壳的振动频率、模态以及响应作了全面分析,获得了理想的数值分析结果。     

复杂激励下有限长薄壁圆柱壳体导纳研究

导纳是衡量结构动态特性的重要指标，任何结构的振动响应特性本质上都可以用结构表面各点的导纳来表示。从经典的薄壁壳体振动方程出发，推导出有限长薄壁圆柱壳体在复杂激励下的驱动点导纳解析表达式，并对控制壳体振动响应的潜在机理进行了研究。结果发现，耦合导纳对输入壳体的振动能量可能起着重要作用。所给出的薄壁圆柱壳体导纳公式，可直接用于薄壁壳体基础上的主被动隔振研究。     

轴荷载作用下铁路交通地面振动的半解析法研究

根据波数域内分层地基波动方程的求解理论，推导铁路有砟轨道、无砟轨道与地基的耦合振动方程，得到了波数域内的统一表达形式。材料阻尼采用粘滞阻尼。利用Fourier变换，在频率。波数域内求解振动微分方程，再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动响应。分析了轨道和地基之间的能量传递特征，简谐荷载对振动衰减的影响，并对列车轴荷载引起的地面振动进行了仿真分析。结果表明：铁路有砟轨道和无砟轨道与地基之间的动力作用有较大差别；在简谐荷载作用下，地面振动的衰减曲线出现波动；本文方法具有较大的计算域，可以模拟编组较长的列车通过时引起的地面振动。