复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.     

弹性支撑旋转Timoshenko梁动力学特性

为研究弹性支撑旋转梁动力学特性随转速及弹性支撑参数变化规律,考虑剪切效应、转动惯量和陀螺效应,采用Hamilton原理推导旋转Timoshenko梁动力学方程,应用Chebyshev谱方法获得系统涡动频率与模态振型数值解。结果表明,在高速转动状态下陀螺效应、支撑结构刚度对Timoshenko梁动力学特性有显著影响;各阶固有频率随着转速增加而分成正向涡动频率与反向涡动频率,高阶频率变化幅度更大;涡动频率随支撑结构直线刚度增加而呈阶梯状变化,当直线刚度增加到一定值后系统涡动频率将保持稳定;随着支撑结构转动刚度增加,涡动频率出现一个最小值与最大值,前者低于自由边界条件下频率值,后者高于固定边界条件下频率值。相关结果可用于各类旋转梁机构的设计与优化。     

受油机头波作用下软管-锥套运动特性分析

为降低空中加油对接过程中头波作用对软管-锥套的扰动,提高空中加油对接成功率,对头波影响范围内软管-锥套运动特性进行了仿真与分析。首先,基于集中参数原理的多刚体动力学,建立了包含软管弹性及弯曲恢复力矩且长度可变的软管锥套组合体动力学模型。 然后,采用拟合半兰金体头波理论模型模拟符合受油机头部外形尺寸的头波流场。最后,通过综合考虑紊流、重力以及加油机尾流等因素的数值仿真,获得了头波作用下软管锥套的运动特性,就不同对接高度、飞行速度、软管材料、对接速度、对接方式和受油机头部外形等因素对头波作用下软管锥套运动特性的影响进行了分析。结果表明:受油机靠近锥套时,在头波作用下锥套会向远离受油机的方向运动,然后回摆;高对接高度、低飞行速度可降低头波的扰动,合理设置对接速度、对接方式、软管材料、截面类型与受油机头部外形也可降低头波对锥套的扰动。仿真结果充分说明通过优化加油设备及对接过程可以达到降低头波扰动的目的。