热振环境下薄壁结构动力学参数识别的流形学习方法

热振激励下的高超声速飞行器复合材料薄壁结构的动力学特性复杂,通过对不同载荷条件下薄壁结构的动力学参数识别可进行结构动态特性评估.针对热振激励下的非线性结构,基于流形学习提出了一种识别结构动力学参数的新方法,该方法仅从响应数据就可以识别结构的固有频率、振型和阻尼比.通过建立热振联合试验系统,对C/SiC复合材料薄壁结构开展不同温度下的热振试验,得到不同温度下的动力学参数并获取试验响应数据集,基于流形学习方法的识别结果与试验结果对比,验证了方法的可行性,并得到了C/SiC复合材料薄壁结构的动力学参数随温度的演化规律.     

热声环境下薄壁加筋结构的振动响应研究与疲劳寿命分析

针对航空薄壁结构在热声载荷作用下的大挠度非线性动态响应问题,开展了矩形薄壁结构在热环境下的声激振试验与仿真计算;并将试验值与计算值进行对比。结果表明模态频率具有一致性,应变响应结果数量级相同,验证了薄壁结构热声响应计算方法的有效性。基于耦合的有限云/边界元法计算了加筋壁板在不同热声载荷组合下的动力学响应。重点研究了结构的热模态频率随温度的变化规律,结合功率谱密度(power spectral density)分析了应力响应在屈曲前后随温度与声压级的变化规律。采用雨流循环矩阵(M_(RFM))与雨流损伤矩阵(M_(RFD))讨论了应力循环块的分布与结构的损伤程度。最后结合改进雨流计数法、Morrow平均应力模型和Miner线性累积损伤理论计算并分析了疲劳寿命随屈曲系数与声压级的变化特征。     

铝合金薄板结构多模态随机振动疲劳分析

基于数值方法分析了铝合金薄板在共振和非共振状态下的动态响应,结合Dirlik疲劳寿命估算方法,确定振动应力是影响结构振动疲劳寿命的主要因素.利用数字图像相关技术,通过随机振动试验验证了数值计算动应力的准确性,研究了结构在多模态随机载荷激励下的振动特性,发现高阶模态载荷会影响结构振动疲劳损伤,引起结构振动疲劳寿命的急剧降低,并分析了产生这一现象的原因.     

声发射方法表征B_4C/6061Al复合材料疲劳损伤机制

对B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的声发射响应和动态弹性模量进行了研究,综合表征了复合材料的疲劳损伤与裂纹萌生机制。检测了B_4C增强铝基复合材料在应力控制拉-拉疲劳试验下的疲劳性能,通过建立模型分析复合材料的断裂机理并通过动态弹性模量-声发射耦合方法分析B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳损伤机制;同时使用扫描电镜观察复合材料断口形貌,分析其断裂行为;最终通过所建立的模型分析复合材料断裂机理,并通过动态弹性模量-声发射耦合分析B_4C/6061Al复合材料在循环载荷下的疲劳损伤机制,建立复合材料塑性应变能、疲劳应变之间的线性关系。     

复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

轴向冲击下C型冷弯钢构件畸变屈曲研究

为了对轴向动态冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的屈曲行为进行研究.采用了落锤冲击试验机、高速摄影仪并结合数字散斑分析技术对C型冷弯薄壁钢构件动态冲击载荷下的屈曲模式、临界载荷和极限承载力做了相关探索性研究和数据分析,并将实验结果和Abaqus数值仿真结果进行比较.结果表明：数值计算的动态屈曲临界应力与实验的临界应力相差较大,而数值模拟的屈曲后的应力-应变曲线和实验结果较为吻合;动态冲击下构件的极限承载力有很大提升.     

三边简支载流矩形薄板的屈曲分岔

在磁弹性非线性运动方程、物理方程、洛仑兹力表达式及电动力学方程的基础上。应用Galerkin原理导出了三边简支载流矩形薄板的动力屈曲方程.通过讨论平衡态存在性和稳定性,得到该系统在静载荷作用下的分岔点、分岔条件和分岔类型.利用L-S约化方法,得到动力屈曲分岔方程与分岔图。给出了三边简支载流矩形薄板在动载荷作用下的屈曲分岔条件.     

热冲击下平面薄板非傅里叶效应的解析分析

基于热质理论,研究了平面薄板在温度突变加热边界条件下的温度响应.在假设温度只沿薄板厚度方向变化的情况下,根据牛顿力学分析方法建立了表征薄板热量传递过程的热传导方程,并联合能量守恒方程得到薄板的热传导偏微分控制方程.借助Laplace正、逆变换技术,推导了薄板边界受均匀热冲击作用下温度响应的解析表达式.通过对温度场的解析求解,揭示了其内部热量的传播机制.结果表明:在热冲击作用下两边界产生的热扰动会激发2列热波以有限速度向薄板的中心传递,形成阶跃性的温度分布,且热波波速受特征时间和特征长度的影响呈动态分布;热波在传递过程中会发生反射、叠加等典型的波动特征,从而导致了板内部过热和过冷等非常规现象.     

多场载荷作用下舵面蒙皮响应分析

试验研究表明,导弹舵面在工作环境中承受严酷的气动力载荷、气动热载荷和噪声载荷。多种载荷相互影响使舵面产生剧烈振动,严重影响打击精度;甚至导致蒙皮开裂引起疲劳失效。以某型号导弹C/SiC复合材料舵面蒙皮为研究对象,基于WORKBENCH/VA-ONE程序平台,将自定义函数(UDF)建立的热流固耦有限元控制方程和边界元声场控制方程相结合,推导出改进的耦合边界元/有限元法(BEM/FEM)计算模型。通过此方法数值模拟导弹真实飞行环境,计算出了蒙皮表面危险点位置和不同飞行环境下响应特性;结果表明,通过改进的耦合BEM/FEM计算模型,能够较准确地反应导弹在真实飞行环境下舵面蒙皮响应特性随环境变化特征,为导弹舵面可靠性设计提供了一种有效的数值计算方法。     

横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟

基于结构屈曲分析的ANSYS有限元法,在考虑横向纤维搭桥影响下,对矩形薄板的脱层屈曲进行数值模拟.结果表明：考虑纤维搭桥时,结构脱层屈曲的临界载荷大幅度提高;脱层后,屈曲模态将发生扩展并产生多个半波模态;随着约束刚度不断增大,脱层屈曲区域逐渐减小,局部屈曲的范围逐渐靠近受载端,且脱层屈曲的特征长度（半波波长）随之减小,而临界载荷值增大.     

高速船复合材料层合板非线性动力响应分析

研究了高速船复合材料层合板在冲击载荷作用下的非线性动力响应 .基于经典的层合板理论及板的大挠度基本假设 ,得到四边简支层合板的非线性运动方程及变形协调方程 ;用级数展开把非线性偏微分方程组化为易于求解的 Kronecker张量积形式的二阶常微分方程组 ,并由四阶Runge- Kutta法数值求解 .讨论了载荷形式对复合材料层合板动力响应的影响     

一种分析层合板大挠度动力响应的有效方法

研究了四边简支复合材料层合板在横向冲击载荷作用下的非线性大挠度动力响应，提出了一种精确的计算方法，该方法基于经典的层合板理论及板的大挠度基本假庙，得到四边简支层合板的非线性运动方程及变形协调方程；用Galerkin法进行离散，将位移和应力函数展开为级数形式，由此获得一组非线性微分方程组；引入Kronecker张量积把非线性微分方程组化为易于求解的Kronecker张量积形式的二阶常微分方程组，由4阶Runge-Kutta法数值求解，文中讨论了不同载荷形式及初始挠度对复合材料层合板动力响应的影响。     

超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性分析

发展了有限元分析方法,对超音速环境中梯形复合材料层合板的气动热弹性问题进行了研究。考虑可压缩流和斜激波的影响,采用一阶活塞理论来表示气动压力。针对复合材料层合板的不规则结构,以及由于气动加热而产生的复杂温度分布,利用有限单元法,建立梯形复合材料层合板的热传导方程和气动热弹性耦合运动方程。通过热传导方程得到板的温度分布,再结合气动热弹性运动方程分析梯形板的气动热弹性特性。通过数值计算,研究了气动加热和铺设角对超音速下梯形板的固有频率和模态的影响。     

复合材料层合悬臂板的非线性动力学研究

 以飞机机翼的颤振为实际工程背景,考虑高阶横向剪切效应、几何大变形和横向阻尼的影响,基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,利用Hamilton原理对纤维增强复合材料层合悬臂板的非线性动力学问题进行了研究。建立了复合材料悬臂板在面内激励和横向外激励联合作用下悬臂板广义位移形式的偏微分运动控制方程。利用Galerkin方法,选取二阶模态对复合材料层合悬臂板偏微分形式运动控制方程进行二阶模态截断,得到了具有三次非线性项、参数激励项和横向激励项的常微分形式二自由度非线性动力学方程。在考虑主参数共振和1:2内共振的情况下,用多尺度法获得了复合材料层合悬臂板四维直角坐标形式的平均方程。在平均方程的基础上,利用数值方法分析面内激励和横向激励幅值对系统非线性动力学特性的影响,得到了1:2内共振时复合材料层合悬臂板动力学方程的平面相图、波形图、三维相图和频谱图。结果表明,随着外激励的变化,系统会出现单倍周期运动、多倍周期运动、概周期运动和混沌运动。     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

含损伤复合材料AGS结构固有频率数值预测

通过共振峰法求解了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板的固有频率.分别采用复合材料板单元梁单元模拟蒙皮和肋骨,结合Adams应变能法与Rayleigh阻尼相结合的阻尼模型,并引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象,推导了求解含损伤复合材料格栅加筋结构动力响应的有限元列式.在上述模型和理论基础上,首先采用精细积分法求解含损伤AGS结构的动力响应,再由外载频率与板内最大动挠度曲线的峰值确定结构的各阶固有频率,从而为蒙皮含分层损伤AGS结构固有频率的数值预测提供了一个较为有效的途径.     

复合材料层合板优化设计的样条有限元法

工程结构中复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质。如何研究随机参数层合板的灵敏度，并对参数进行优化分析，对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义。用样条有限元法，导出了层合板的振动方程，建立了求解反对称层合板响应灵敏度的计算公式。在基于灵敏度分析的基础上，进行了复合材料层合板的基频分析和优化设计，并用网格法计算出最佳铺层角，数值算例验证了该算法的有效性。     

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

基于哈密顿原理建立了纤维增强悬壁复合薄板的动力学方程,并利用双向梁函数法对其固有频率进行求解.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了热振环境下分析其固有特性的具体流程,最后,搭建了该类悬臂复合薄板结构在热振环境下的固有特性测试系统.并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,对其固有频率进行了测试.结果表明,热振环境下纤维增强悬臂复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在15%以内,且振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

青藏铁路多年冻土区典型结构路基振动响应特性

在青藏高原的寒季和暖季条件下,对青藏铁路北麓河段的块石路基和素土路基进行了强震动测试,运用二维等价线性时程响应动分析法对2种典型结构路基进行了动力响应的数值计算.结果表明,从路肩到坡脚的机车荷载传递具有明显的衰减效应,并且暖季衰减大于寒季.在路基中心的原地表处,块石路基的振动衰减效应大于素土路基.