翼挂副油箱对颤振特性影响分析

机翼下面加挂副油箱可增加飞机的航程和续航时间;但会导致机翼弯扭频率降低,致使机翼颤振临界速度下降。以某型运输机翼加挂副油箱为例,设计制造了缩比颤振模型;并建立了有限元模型。通过理论数值分析和模型风洞试验,研究了副油箱油量和悬挂系统刚度的变化对颤振特性的影响。研究表明加挂副油箱后机翼颤振速度明显下降,副油箱在25%燃油时颤振速度达到最低;而改变悬挂系统刚度对颤振速度没有影响。     

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动.通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间.分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加.微型风能收集器的最低临界风速为6.4 m/s,最大输出功率为1.30 mW.结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性.     

功能梯度悬臂输流微管的自由振动分析

为了研究功能梯度悬臂输流微管的振动特性,以修正偶应力理论为基础,采用Euler-Bernoulli梁模型,应用Hamilton原理建立功能梯度悬臂输流微管横向振动方程和边界条件。通过Galerkin法对高阶偏微分方程进行降阶,将其离散化为常微分方程,运用Matlab软件进行数值求解。结果表明:随着功能梯度材料幂律指数的增大,输流微管颤振失稳的临界速度降低,系统稳定区域减小;无量纲尺度参数越小,颤振失稳临界速度越大,系统稳定区域越大;随着质量比的增大,颤振失稳临界速度增大,系统稳定区域增大。     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

机床颤振过程的试验与分析

通过一个专门设计的试验,揭示了切削颤振从产生到剧烈的全过程:颤振会在一个特定的切深下发生在一个特定的频率上;随着切深的加大,该频率上的振幅会逐渐增大;当切深达到另一个特定值时,剧烈的颤振会导致工件与刀具的短暂脱离;当切深继续加大时,颤振频率降低到一个新的频率上并保持不变。通过激振试验,确认了这2个颤振频率分别是工件系统和刀具系统的固有频率。从颤振能量补充和质量效应的角度分析,颤振应发生于2个最终执行部件之一。建立了一个具有2个颤振主动体的颤振模型,该模型更适合颤振监测和抗颤振结构改良的需要。     

不可压缩流中机翼外挂系统的分叉分析

考虑二元机翼外挂系统的三自由度动力学模型,建立了准定常气动力作用下机翼外挂系统的运动微分方程,通过Hopf分叉理论和数值模拟,研究了具有立方刚度非线性系统的颤振问题,并研究了系统临界颤振速度随线性刚度系数的变化规律。结果表明,机翼外挂系统将出现亚临界Hopf分叉,另外,随着线性刚度系数的增加,系统的临界颤振速度将减小。     

高超声速飞行器结构热气动弹性优化设计

基于高超声速飞行器X-43外形尺寸,构建含有隔热层的全机结构有限元模型。根据分层求解思路,考虑了气动热载荷作用下结构温度的稳态特性,忽略气动热对气动力和结构弹性力的弱耦合效应。使用三阶活塞理论对其进行频域内气动力计算,采用参考焓法求得模型表面的热流密度,进而计算出经过隔热层作用后,蒙皮表面的温度分布以及相应的热应力;在对结构的刚度矩阵进行修正后,采用p-k法迭代求解其临界颤振速度。以复合材料铺层角度和铺层顺序为设计变量,在全机结构、重量保持不变的情况下,对其进行以临界颤振速度为优化目标的气动弹性优化设计,使结构的颤振特性有了较大的改善。     

含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制

研究含间隙超音速二元弹翼非线性颤振特性和主动控制问题．采用三阶活塞理论建立了含间隙二元弹翼非线性气动弹性动力学方程,利用Hopf分岔理论、谐波平衡法和数值方法,分析了系统的非线性颤振特性．应用基于微分几何法和二次型最优控制相结合的方法设计非线性系统控制器,推迟临界分岔速度．应用滑模变结构控制方法设计控制器,有效抑制非线性颤振,并讨论了控制参数对控制效果的影响．仿真结果表明,所设计的控制律可以有效地实现对含间隙超音速二元弹翼系统非线性颤振的控制．最后计算了在基础激励扰动下系统的动态响应,分别得到了周期运动、多周期运动、概周期运动以及混沌运动．     

大展弦比机翼几何非线性气动弹性响应分析

采用UL格式,建立一种适用于结构大变形问题的高精度非线性动响应求解器;通过有理函数拟合,将频域气动力转化为时域下的气动力格式,以紧耦合的方式建立起结构-气动耦合关系。以某大展弦比机翼为例,进行气动弹性响应计算并做颤振分析,可准确预测临界颤振速度;几何非线性对气动弹性响应特性具有显著的影响。     

考虑轮轨碰撞的转向架蛇行振动的非线性分析

考虑系统中干摩擦力和轮轨相互碰撞作用等非线性因素,建立了3个自由度的货车转向架非线性横向振动数学模型.应用数值方法研究了货车转向架蛇行振动的Hopf分叉、临界速度及转变速度,表明蛇行振动存在两个Hopf分叉不变圈,一个是稳定的,另一个是不稳定的.进一步分析了参数变化时对蛇行振动临界速度及临界不变圈的影响.     

具有大刚度曲柄的弹性曲柄摇杆机构的动态特性研究

本文应用传递矩阵法导出了具有大刚度曲柄的曲柄摇杆机构固有频率的简捷解析式;首次证明这类机构在其弹性杆轴向变形可忽略的条件下,它的固有频率不仅与机构位置无关,而且可简化为各弹性杆简支状态下固有频率值的集合,并在数值上等于机构的临界速度.     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

轴向流动中粘弹性圆柱体的动力特性分析

采用微分求积法,推导了轴向流动中简支Kelvin模型粘弹性圆柱体的特征方程,给出了在不同无量纲延滞时间和质量比下前三阶无量纲复频率的实部和虚部随无量纲流动速度变化的曲线图,并得到了在不同无量纲延滞时间下,圆柱体发生发散失稳及耦合模态颤振的无量纲速度的范围。     

简支梁桥有载频率研究

为研究简支梁桥的自振特性及车-桥系统的有载频率,首先进行了简支梁自振频率的理论分析,然后采用有限元方法建立了简支梁计算模型,将结果与实测值进行对比,优选出合适的有限元计算方法.将车辆简化为集中质量块,建立了质量块-简支梁系统有限元计算模型.通过软件计算分析,得到桥梁结构的振动模态和不同车辆位置下的有载频率.将有限元分析结果及实测值与简支梁的自振频率比较,从而研究简支梁桥有载频率的变化特点,为实际工程应用提供理论参考.     

柔性翼飞行器刚柔耦合动态特性研究

针对柔性翼飞行器柔性机翼弹性运动与飞行器刚体运动具有强耦合特性,基于拉格朗日方程,建立了柔性翼飞行器动力学模型.在特征点处对动力学模型进行小扰动线性化处理,并联立非定常气动力模型,得到了状态空间形式的纵向线性运动方程.分析了机翼结构刚度对飞行器纵向稳定性的影响以及飞行器的模态耦合动态特性.研究结果表明,柔性翼飞行器的弹性自由度会对飞行器的短周期模态造成较大影响.随着飞行速度的提高,短周期模态频率增加而1阶弯曲弹性模态频率降低,当两者频率趋向一致时,飞行器会发生体自由度颤振,体自由度颤振速度要明显低于基于悬臂梁机翼模型计算得到的颤振速度.      

基于动力学方程及几何模型的高速转子动力学特性

对基于动力学方程的高速转子数学模型，用传递矩阵法进行了计算，以HFD型锭子为例获得了各阶固有频率及其相应主振型；基于计算机几何模型，通过ADAMS软件平台获得了锭杆杆端具有偏心激励时的振幅曲线．结果表明，转子工作转速在第一、第二阶临界转速范围之间，若想将转速从18000r／min提高到25000r／min，则必然跳过第二阶临界转速，但受转子本身结构所限制，一般不可跳过第二阶临界转速；否则，有可能使上轴承中的油膜被击穿，噪声、功率随速度的增加而急剧上升；只有通过结构改进设计才有可能提高其转速．     

间断型三向TMD桥梁颤振控制

为了控制桥梁结构风致振动,提出了间断型三向调谐质量阻尼器(TMD)的概念,旨在提高桥梁结构的颤振临界风速,并提出了间断型三向TMD控制系统及其相应的理论和计算方法.间断型三向TMD能同时控制桥梁结构横向、竖向和扭转三个方向的风致振动.通过最优控制理论计算得出系统的最优参数,通过风洞试验和Ansys软件模拟计算,得到重要结论:参数合理的间断型三向TMD系统能显著提高桥梁结构颤振临界风速.