复合材料曲壁板与平壁板热颤振特性的对比

对比研究了层合复合材料曲壁板和平壁板热颤振特性.分别建立三种铺层方式的曲壁板和平壁板的有限元模型.采用分步求解方法,首先计算热效应引起的附加刚度,然后将其引入到壁板颤振模型中进行颤振分析.分析了不同铺层方式曲壁板和平壁板的热颤振特性,结果表明壁板颤振临界速度随温升近似呈线性下降,正交各向异性铺设的曲壁板与准各向同性铺设的曲壁板相比,其颤振临界速度下降率更大,而平壁板情况刚好相反;不同铺层方式曲壁板的热颤振危险模态不同,而平壁板热颤振危险模态不受铺层方式的影响.     

三维粘弹壁板颤振分析

基于Kelvin粘弹模型,根据Von Karman大变形应变-位移关系和一阶活塞气动力理论,运用伽辽金方法建立了三维粘弹壁板颤振方程,并采用Rouge-Kutta法进行数值积分,分析粘弹阻尼,面内压力及壁板几何尺寸对粘弹壁板颤振的影响,进而取动压为分叉参数,研究粘弹壁板颤振时的分叉及混沌等特性。结果表明：随着粘弹性阻尼的增大, 系统的静态稳定区域先减小后增大,而静态屈曲解几乎不受影响,同时发现混沌运动区域随着粘弹阻尼的增大而快速减小。当取动压为分叉参数时发现粘弹壁板分叉特性很复杂,系统由屈曲状态进入混沌振动,再经历一系列的分叉进入简谐极限环振动状态;而较大面内压力和较小的长宽比不利于粘弹壁板的稳定。     

气流偏角对不同形状复合材料壁板热颤振特性的影响

应用有限元方法分析研究了气流偏角和热载荷对不同形状复合材料壁板颤振特性的影响。采用一阶剪切理论、von Karman大变形板理论以及考虑气流偏角的一阶活塞气动力理论建立了考虑热载荷的复合材料壁板颤振的有限元模型。分析了三种面积相同但形状不同的复合材料壁板的颤振临界速压随温升和气流偏角的变化规律。结果表明,气流偏角为零时,面积相同形状不同的三种复合材料壁板的颤振临界速压随温度升高而近似呈线性降低,且三角形壁板的颤振临界速压高于梯形壁板,梯形壁板高于矩形壁板;随着气流偏角的增大,三种不同形状壁板的颤振临界速压都呈现出相同的规律;相同气流偏角下,三角形壁板的颤振临界速压最高,矩形壁板的颤振临界速压最低。     

基于动网格降阶算法的机翼颤振边界预测

基于弹性体动网格技术,发展了一种用于机翼流场网格变形的降阶算法。将流场网格所包围的空间区域视为虚拟弹性体。以虚拟弹性体变形的静力平衡方程为基础,结合机翼的振动控制方程,推导了机翼与虚拟弹性体的整体的振动控制方程。通过模态叠加方法计算机翼和流场网格节点的位移,进而得到变形后的流场网格。考虑到机翼颤振多为1阶弯曲和扭转振动,所以在流场网格节点位移的计算中只需考虑1阶弯曲和扭转振型。为了保证计算精度,在计算中同时考虑了2阶弯曲和扭转振型。RANS方程为流体控制方程,采用Spalart-Allamras湍流模型,结合动网格降阶算法,对AGARD Wing 445.6颤振边界进行了流固耦合计算。计算结果相对于实验值的偏差小于2%,且与已有的弹性体动网格方法比,计算时间减少了54.8%。     

弹性支承对三维曲壁板颤振特性的影响

提出了一种在四边简支曲壁板上附加一个弹性支承来提高曲壁板颤振临界动压的方法,研究了弹性支承的位置和刚度对曲壁板颤振速度的影响规律。应用von Karman大变形应变-位移关系来描述曲壁板的结构大变形,用一阶活塞气动力理论计算曲壁板的气动力,采用虚功原理和有限元方法,建立起带弹性支承的圆柱壳曲壁板在超音速气流中的颤振方程。通过求解曲壁板系统的特征方程获得其颤振临界动压。运用频率重合理论分别分析了改变弹性支承刚度和位置对曲壁板颤振特性的影响。结果表明,与不带弹性支承的曲壁板颤振特性相比,弹性支承位于不同位置时,会对曲壁板的颤振动压产生明显不同的影响:1弹性支承位于曲壁板中心点附近区域或位于弦向中线上时,都会导致曲壁板颤振动压降低且随着支承刚度的增大而减小;在曲壁板中心点处,颤振动压降低幅度最大;2弹性支承位置沿垂直于气流方向且远离弦向中线变化时,都会使颤振动压提高,且随着支承刚度的增大而增大;3当支承位置在前缘和后缘部位顺气流方向变化时,颤振动压都会提高;4采用附加弹性支承的方法来提高曲壁板颤振动压时,应将弹性支承布置在曲壁板展向中线距边界20%弦长处。     

吸振夹层壁板颤振抑制的吸振器频率设计

摘 要：为了完善在夹层壁板的芯层安装微型动力吸振器来抑制壁板颤振这一新方案,研究了吸振夹层壁板中悬臂梁式动力吸振器的频率设计方法。基于壁板颤振的模态耦合机理,分别以单频率设计和双频率设计原则来确定吸振夹层壁板的吸振器频率。结果表明,所有微型吸振器按单频率设计时,存在一个不等于原夹层壁板颤振耦合模态频率和颤振频率的吸振器最佳设计频率,使得吸振夹层壁板的颤振速度最大;微型吸振器按双频率设计时,吸振夹层壁板的最大颤振速度远大于按单频率设计的最大颤振速度。     

层合复合材料壁板的热颤振特性分析

采用壁板颤振分析的有限元方法,从壁板的正则化弯曲刚度、屈曲临界温升、颤振临界速压和极限环颤振幅值等参数的角度,分析了不同铺层方向和不同铺层顺序对层合复合材料壁板的颤振特性的影响,并给出了几种常见铺层方式层合复合材料壁板的颤振特性。结果表明,在设计复合材料壁板的铺层方向和铺层顺序时,一般可以通过壁板正则化弯曲刚度的大小来对颤振速压进行比较。但是在某些特殊的铺层情况下,随着温度升高,发生频率重合型颤振的耦合模态会发生演变,这时正则化弯曲刚度较大的壁板也有可能在较低的速压下发生颤振。     

基于特征正交分解的三维壁板非线性颤振分析

基于von Karman 大变形理论及活塞理论建立超音速流中壁板的气动弹性方程。采用特征正交分解法 (POD)结合向伽辽金法(Galerkin)的映射这样一种半解析法建立降阶模型(ROM)求解三维壁板的非线性气动弹性问题,并与传统的Galerkin法对比。发现并证明了POD数值模态与伽辽金法简谐基函数之间转换矩阵的正交性,从而简化了POD降阶模型的建立过程。通过数值算例考察了POD法的准确性、收敛性及高效性。结果表明POD降阶模型能够以更少的模态,更高的计算效率达到与Galerkin法同样的精度。以长宽比4为例,POD法以2个模态,3s的时间计算了壁板的振动响应;而Galerkin法需要16个模态,900s的时间。     

边界松驰对壁板颤振响应的影响分析

基于一阶活塞气动力理论,根据Von Karman大变形应变-位移关系并用伽辽金方法建立了壁板颤振方程,分析边界松驰,面内力及壁板几何尺寸对壁板颤振响应特性的影响。结果表明:随边界约束的松驰,颤振临界动压减小,系统的静态稳定性降低,而屈曲和混沌运动的可能性增大;即使来流动压小于初始边界条件颤振临界动压,随边界的松驰,壁板可能产生极限环振动或混沌振动;较大轴力压力和较小的长宽比不利于壁板的稳定。     

粘弹壁板非线性颤振滞后特性分析

分析了Kelvin粘弹力模型作用下二维壁板非线性颤振系统在分岔参数连续变化时的分岔特性以及滞后特性。采用von Karman大变形理论及Kelvin粘弹阻尼模型建立二维壁板动力学方程,采用线性活塞理论建立气动力模型。利用伽辽金法将壁板颤振模型转化为常微分方程组,分析了粘弹阻尼对系统稳定性的影响,并通过数值模拟研究分岔参数连续变化时该系统的分岔特性以及分岔参数的变化方向不同时该系统的滞后行为。计算结果表明,粘弹壁板颤振系统存在静止、屈曲、极限环、浑沌等复杂的运动形式,且存在明显的滞后现象。     

L∞范数拟合正则化方法在飞行器动态载荷识别中的应用

基于变限积分理论,构造了响应函数最小二乘意义下的加权变限积分。通过适当次数的积分滑动平均,有效过滤测量噪声中的高频噪声。针对测量响应中残留的低频噪声,使用L_∞范数拟合正则化方法识别载荷,提出了一种选取L_∞范数拟合正则化方法最优正则化参数的单调性检验方法。数值仿真及试验验证说明单调性检验方法可以有效确定L_∞范数拟合正则化方法的最优正则化参数,得到比传统L_2范数正则化方法拟合性质更好精度更高的识别载荷;针对遥测数据中噪声特点,使用模拟遥测数据利用L_∞范数拟合正则化方法对冲击载荷进行了有效识别。     

Flutter analysis of cantilevered curved composite panels

A 48 degrees of freedom (dof) doubly curved quadrilateral thin shell finite element is used for studying the supersonic flutter of cantilevered curved composite panels. The composite material behavior is included using classical lamination theory and supersonic aerodynamic behavior is included using linearized piston theory. To reduce the number of dof of the finite element aeroelastic system, a normal mode approach is adopted. Results are presented to illustrate the behavior of flutter characteristics for composite curved cylindrical panels. The effects of fiber orientation and flow angle on the flutter characteristics are presented for selected examples. The accuracy, efficiency, and applicability of the present finite element method is demonstrated by illustrative examples with some results comparing well with the available alternate solutions in the literature.     

一种面向平面多刚柔系统的冲击响应建模和计算方法

结合传递矩阵方法建模灵活和计算效率高的优点,提出了一种基于“传递矩阵”概念的多体系统冲击响应建模和计算方法。以受基础冲击的平面多刚柔系统为研究对象,采用Newmark-β法对元件的方程高阶项进行线性化,用模态方法处理柔体的变形,建立了一般刚体和典型刚体(刚性均质矩形板、带弹性支撑的刚性均质矩形薄板)、一般柔体和典型柔体(Euler-Bernouni梁)的冲击扩展传递矩阵,冲击激励包含平动和转动两种成分,给出了基于Newmark-β法的系统响应数值迭代求解算法程序。用一个工程实例,通过与有限元方法的对比,验证了方法的准确性,得出了转动冲击激励成分对总体响应的贡献不能忽略的结论。方法的研究对象虽然只是平面多刚柔系统,但很容易推广到三维的情况。     

基于改进判别字典学习的故障诊断方法

近年来,基于稀疏表示的分类技术在模式识别中取得一定的成功。该框架中,字典的学习和分类器的训练通常是两个独立的模块,降低了方法的识别精度。针对以上问题,提出了一种特征提取和模式识别相融合的改进判别字典学习模型,将重构误差项、稀疏编码判别项及分类误差项进行了整合,并用K奇异值分解算法对目标函数进行优化,实现了字典和分类器的同步学习。该方法先对原始信号进行经验模态分解,并从分解的本征模态函数中提取时、频特征,形成故障样本;然后将训练样本输入改进模型用K奇异值分解优化;最后用习得字典及分类器权重对测试样本进行识别。实验结果表明：该算法不但适用于小样本故障问题,而且鲁棒性和分类性能都明显高于其它算法。         

发电机碳刷多点全周摩擦引起的不稳定振动分析

以发电机碳刷与转轴之间发生的摩擦振动为对象,研究这类特殊周向多点全周摩擦振动机理。根据碳刷工作原理,建立多点全周摩擦力计算模型,采用热弹性力学方法建立摩擦截面温度场和转子热弯曲计算模型,将热弯曲模型与转子振动有限元模型耦合求解振动响应。以某发电机为例进行分析,仿真分析和试验研究了碳刷轴全周摩擦振动特征。研究表明,发电机碳刷与转轴之间的多点全周摩擦会引发振动周期性波动和爬升,不稳定现象与不平衡力、碳刷-转轴不同心度和碳刷摩擦因数有关,可以通过精细动平衡、适当增大碳刷-转轴不同心度和减小碳刷摩擦因数来消除。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

基于分段多项式的局部特征尺度分解方法及应用

针对局部特征尺度分解(Local Characteristic-scale Decomposition,LCD)方法中两极值点连线在极值点处一阶微分不连续,引起分解精度降低问题,提出新非平稳信号分析方法-基于分段多项式的局部特征尺度分解(Piecewise Polynomial based Local Characteristic-scale Decomposition, PPLCD)。用分段多项式取代LCD中直线连接,且均值曲线插值点由相邻3个同类极值点构成的多项式计算产生。通过仿真信号将PPLCD与LCD对比,结果表明,PPLCD在提高分量正交性、精确性等具有一定优越性;由转子碰摩故障诊断表明该方法的有效性。     

碳纤维增强复合材料层合板Lamb波衰减特性研究

为提取适用于碳纤维增强复合材料层合板声发射故障诊断的模态信号,利用三维弹性理论及传递矩阵法获得Lamb波的频散曲线。以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象搭建实验平台,改变断铅激励位置从而获得不同声发射信号。对采集的声发射信号进行小波尺度谱分析,结合频散曲线分离出不同模式的Lamb波,分别研究其不同频率的幅度及能量衰减特性。实验结果表明,较其它信号,低频率S0波幅度信号衰减速度较低,对碳纤维增强复合材料层合板的声发射故障诊断研究具有较大优势。     

车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。