后缘小翼智能旋翼减振效果影响因素分析

建立了带后缘小翼智能旋翼气动弹性载荷计算模型及减振优化分析方法。模型考虑刚体后缘小翼的气动力与惯性力对弹性桨叶系统的影响,使用粘性涡粒子法结合翼型查表法计算旋翼气动载荷,采用力积分法计算桨叶与桨毂载荷,构造了包含桨叶根部扭转及桨毂振动载荷为目标函数的优化问题,基于最速下降-黄金分割组合优化算法寻找最佳小翼偏转规律。研究发现,建立的后缘小翼载荷控制方法有效,可降低振动目标函数70%。桨叶的弹性扭转使后缘小翼能有效实施减振,但弹性扭转对小翼气动力矩的放大作用使减振时通常伴随着桨叶扭转载荷增大的现象。     

利用桨叶后缘小翼运动的旋翼桨毂振动载荷优化控制

利用桨叶后缘小翼运动是控制旋翼桨毂振动载荷的一种有效方法。采用非定常气动力和弹性力耦合的气弹分析方法,对附加了桨叶后缘小翼的直升机旋翼系统的振动载荷进行了研究。采用弹性桨叶和后缘刚性小翼的结构动力学模型、翼型剖面气动力采用Leishman-Beddoes二维非定常动态失速模型、后缘小翼剖面气动力采用Hariharan-Leishman非定常气动力模型,建立了带后缘小翼的旋翼桨毂振动载荷分析模型。采用伽辽金和数值积分相结合的方法,求解旋翼系统在前飞状态下的气弹响应。分析了后缘小翼各运动参数对桨毂振动载荷的影响。针对桨毂4阶振动载荷,采用改进的主动控制方法,优化了小翼的运动,使桨毂振动载荷得到显著降低。     

弹性体作定轴转动的耦合动力学模型与数值分析

应用含偶应力的弹性理论建立弹性力学模型,应变和曲率张量分别描述弹性体的平动变形和旋转变形,且分别对应于应力和偶应力两种内力。对已知定轴变转速刚体转动的情况,采用哈密尔顿原理建立了含偶应力弹性体作定轴刚体转动的运动与变形耦合动力学模型,模型计及了相对惯性力、离心力、科氏力和切向惯性力。考虑以弹性体的位移和变形转角为独立变量,利用约束变分原理建立了含偶应力弹性体作定轴刚体转动的有限元方程,其中单元离散采用8个节点48个自由度的三维六面体实体等参元。以绕定轴旋转的悬臂梁为例,数值分析了旋转悬臂梁的动力学特性和动力学响应。当幅值变化但刚体转速恒定时,旋转方梁的一阶特征频率出现随转速增加保持不变和下降两种情况。当刚体变转速时,考察了旋转悬臂梁位移、变形转角、动态应力以及偶应力的时变规律。该研究可为作定轴旋转系统的结构部件的动力学分析提供理论模型和数值分析方法。     

H型钢梁与矩形钢管混凝土柱平齐式端板单边螺栓连接节点弯矩-转角分析模型

为预测通过平齐端板和单边螺栓连接的钢管混凝土节点的弯矩-转角关系,该文提出基于极限弯矩、初始转动刚度和形状参数的三参数指数模型.考虑节点的可能破坏模式,提出节点极限弯矩的计算方法,基于组件法建立节点初始转动刚度分析模型,仅需节点构造尺寸和材料特性便可得到节点的极限弯矩和初始转动刚度预测值.弯矩-转角关系模型、极限弯矩计...     

空间敏感载荷用超精密驱动系统刚柔耦合振动分析

作为实现空间敏感载荷精密定位的关键部件,超精密驱动系统不仅需要具备亚毫米级的输出行程,同时还应达到微纳米级的分辨精度。提出了一种利用柔顺放大机构与智能材料作动器联合驱动的方案。对柔顺放大机构在传动过程中可能因微振动而影响输出精度的问题,利用伪刚体模型法、假设模态法和拉格朗日方程构建了柔顺放大机构的刚柔耦合动力学模型;并基于该模型仿真研究了作动频带内柔顺放大机构的动力学响应特性。结果表明:随着驱动频率的增加,放大机构弹性振动加剧;但在整个作动频带内,弹性振动与刚体运动的幅值比在5 Hz驱动频率下仅为0.61%;进一步结合试验测试证明了所设计的驱动系统可以忽略柔顺放大机构产生的弹性振动的结论,表明该驱动系统具备超精密定位的潜力。     

刚柔耦合多体系统动力学模型降阶

提出了基于模态综合法的刚柔耦合多体系统动力学模型降阶方法。该方法用自然坐标法和绝对节点坐标法分别描述刚柔耦合多体系统中的刚体构件和柔性体构件,同时用Craig-Bampton方法对柔性体模型进行减缩。对于刚体构件与柔性体构件之间只存在线性约束的情况,建立了消除线性约束的刚柔耦合多体系统动力学方程。最后,为了验证的该方法的有效性,对刚柔耦合双摆进行了研究。仿真结果表明:适当选择模态就可以在满足计算精度的同时减少计算时间,提高计算效率。     

柔性框架结构动力非线性分析的刚体准则法

大跨、高层等柔性结构,其动力响应往往表现出大位移、大转动等非线性特征。动力非线性问题的分析关键在于运动方程的高效稳定求解,以及单元大转动产生的结点力增量的有效计算。动力时程分析通常采用直接积分法,但对于强非线性动力问题,直接积分法难以兼顾计算精度与稳定性。该文基于几何非线性分析的刚体准则,针对杆件结构大转动小应变的非线性问题,提出了一种新型空间杆系结构动力非线性分析的刚体准则法。该方法采用满足刚体准则的空间非线性梁单元,结合HHT-α法求解结构运动方程,并将刚体准则植入动力增量方程的迭代求解过程以计算结点力增量。通过典型柔性框架算例结果表明,该文方法可以有效分析柔性框架结构的强动力非线性行为。与高精度单元相比,该文采用的单元刚度矩阵构造简明,计算过程简洁;与商业软件所用方法相比,单元数和迭代步少,精度高,适于工程应用。     

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。     

基于拓扑优化的直升机旋翼桨叶剖面设计

提出了一种基于拓扑优化的直升机旋翼桨叶剖面设计方法。采用了有限元方法计算直升机旋翼桨叶剖面刚度特性, 截面考虑了剪切和翘曲变形, 并消除了翘曲位移和刚体位移之间的耦合作用。基于SIMP拓扑优化算法, 以旋翼桨叶平均柔度或者剖面刚度为设计目标, 桨叶重量为约束函数, 建立了旋翼桨叶拓扑优化模型。提出的敏度求解算法具有较高的计算精度, 采用序列线性规划算法对旋翼桨叶剖面进行优化设计。结果表明在展长较小并且承受均布升力载荷情况下, Ⅱ型截面梁的柔度最小, 而当展长增大时, 工字梁截面具有最小的柔度。此外, 旋翼桨叶外载荷等对优化结果也有较大的影响。提出的拓扑优化方法适合于概念设计阶段的直升机旋翼桨叶剖面设计。     

梯形轨枕轨道振动特性研究

为了探明梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,利用车辆-轨道合动力学理论建立了地铁车辆和梯形轨枕轨道系统振动模型,假设车辆模型为多刚体系统,钢轨模型为无限长两端绞支离散支撑的Euler梁,用有限长两端自由的Euler梁模拟离散弹性支撑的梯形轨枕,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程,计算分析了梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,讨论了轨道系统的振动与列车运行速度之间的相关性。研究结果表明:梯形轨道具有良好的减振性能,可以减小基础的动反力;随着地铁车辆速度的增加,钢轨和轨枕的垂向振动有所增大,而横向振动变化不明显。轮轨力随着车速的升高而增加。     

基于自由涡尾迹方法的大型风力机动态响应和尾迹研究

针对大型风力机,在当作柔性和刚性风力机时,可以通过气动和结构耦合动力学用来研究两者尾迹和载荷的区别。在设计和校核阶段,需要考虑风力机结构载荷影响的动态特性和气动性能变化。采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,分析了叶片挥舞和摆振动态响应。采用模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且进行数值求解该方程。结果表明:风力机考虑柔性变形后,对尾迹形状、动态响应和气动性能产生一定影响。这种柔性和刚体风力机的差异表明气动结构耦合效应对风力机的设计和性能计算具有重要意义。     

Modeling railroad track structures using the finite segment method

In the finite segment method, the dynamics of a deformable body is described using a set of rigid bodies that are connected by elastic force elements. This approach can be used, as demonstrated in this investigation, in the simulation of some rail movements. In order to ensure that the rail geometry is not distorted as the result of the finite segment displacements, a new track model that consistently integrates the absolute nodal coordinate formulation (ANCF) geometry and the finite segment method is developed. ANCF finite elements define the track geometry in the reference configuration as well as the change in the geometry due to the movement of the finite segments of the track. Using ANCF geometry and the finite segment kinematics, the location of the wheel/rail contact point is predicted online and used to update the creepage expressions due to the finite segment displacements and rotations. The location of the wheel/rail contact point and the updated creepage expressions are used to evaluate the creep forces. A three-dimensional elastic contact formulation (ECF-A) which allows for wheel/rail separation is used in this investigation. The rail displacement due to the applied loads is modeled by a set of rigid finite segments that are connected by a set of spring-damper elements. Each rail finite segment is assumed to have six rigid body degrees of freedom. The equations of motion of the finite segments are integrated with the railroad vehicle system equations of motion in a sparse matrix formulation. The resulting dynamic equations are solved using a predictor–corrector numerical integration method that has a variable order and variable step size. The finite segments may be used to model specific phenomena that occur in railroad vehicle applications, including rail rotations and gauge widening. The procedure used in this investigation to implement the finite segment method in a general purpose multibody system (MBS) computer program is described. Two simple models are presented in order to demonstrate the implementation of the finite segment method in MBS algorithms. The limitations of using the finite segments approach for modeling the track structure and rail flexibility are also discussed.     

Aeroelastic response and stability analysis of composite rotor blades in forward flight

The aeroelastic phenomena of a composite rotor blade are investigated using a finite element method. The aeroelastic equations of motion of the rotor blade are formulated using a large deflection-type beam model that has no artificial restrictions on the magnitudes of displacements and rotations due to the degree of nonlinearity. The sectional elastic constants of a composite box beam including warping deformations are determined from the refined cross-sectional finite element method. The nonlinear, periodic blade steady response is obtained using a time finite element method on full finite element equation. The aeroelastic stability of a rotor blade is investigated by linearizing the dynamics of the rotor blade about the nonlinear equilibrium position. Numerical results of the steady equilibrium deflections and the aeroelastic modal damping are presented for various configurations of composite rotor blades and are compared with those obtained from a previously published modal analysis using a moderate deflection-type beam theory.     

风力机运行过程中气动载荷变化工程分析

为提高风力发电机组设计可靠性,需得到风力机在实际运行过程中叶片气动载荷的计算方法.从工程角度出发,对风力发电机使用的NACA专用翼型进行分析,结合薄翼理论推导出攻角变化特点,并依据风切变理论和塔影效应得到风力机实际运行时叶片在各个位置点的气动载荷.依据实际情况对风轮受力平面进行工程简化,得到风力机叶片气动载荷的计算方法.将此方法计算出的气动载荷与试验测量结果进行比对,吻合度较好.     

风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析

研究了大型风力机玻璃钢叶片载荷谱和疲劳寿命的工程估算方法。运用片条理论分析了影响风力机叶片疲劳寿命的气动载荷分布;应用多体动力学方法,分析了旋转叶片动力刚化效应产生的原因及其对叶片振动模态的影响;根据模态叠加法,计算了叶片在气动力、重力和旋转惯性力等确定性载荷作用下的动应力响应;探讨了玻璃钢叶片的疲劳性能、破坏准则及疲劳寿命估计方法;提出了一种基于 Palmgren Miner 线性累积损伤法则的玻璃钢叶片安全寿命估计方法。通过所设计的 1.5MW 变速变桨距风力机叶片疲劳寿命估计的算例表明,该方法是可靠和实用的。     

飞机撞击荷载计算模型中压溃力选取分析

Riera提出的飞机撞击荷载计算模型是一种比较实用的简化模型,大多数研究在进行飞机撞击试验和数值模拟时通常会把试验结果和数值模拟结果与该模型的计算结果进行对比分析。通过介绍分析Riera模型,该模型中撞击荷载包括压溃力和惯性力两部分,因此模型的使用需要确定压溃力大小。为了合理使用Riera模型,梳理了现有压溃力计算公式,各公式给出的压溃力计算结果差别较大,并通过公式推导预测弹体的变形长度和撞击作用时间与试验数据进行对比分析,评价了现有压溃力计算公式,对更适宜于飞机撞击条件下的压溃力计算公式给出了说明,最后讨论了压溃力对撞击荷载曲线的影响,得出压溃力相对于惯性力不能被忽略,对撞击荷载影响较大的结论。     

波轮式全自动洗衣机刚柔耦合模型的建立

摘要：刚柔耦合模型是波轮式全自动洗衣机结构设计的基础。为建立这一模型,首先在ANSYS中建立了盛水桶的有限元模型并进行模态分析,进而通过与实验结果的对比验证了有限元模型的正确性。采用修正的Craig-Bampton模态对盛水桶进行动力学建模,并与刚性模型进行耦合,推导得到系统整体的刚柔耦合模型。最后,采用 方法求解系统DAE方程组,得到了脱水过程中盛水桶的变形信息与载荷信息。将载荷信息反馈给ANSYS进行分析,其计算结果与本文结果进行了对比,验证了本文模型的有效性。     

考虑带有任意刚性运动的旋翼桨叶响应计算方法

在中等变形粱的基础上引入桨叶的任意刚性运动，为解决桨叶动能项推导计算较为复杂的问题，建立了一种新的递推计算方法。该方法将桨叶的刚性运动按平动和转动分别处理，建立了相邻刚性运动坐标系间动能项引起的质量、阻尼、刚度和广义力递推计算方法。通过与桨叶扬起下坠碰撞试验数据的对比，表明本文的计算模型和动能项递推计算方法的正确性。并与基于小转角处理桨叶刚性运动的方法进行了对比，在计算桨叶较大范围刚性转动时，本方法优于基于小转角的处理方法。