水中球形微气泡演化的动力学行为分析与控制

从动力学观点分析了水中球形微气泡无外部激励时平衡态的稳定性及受到声波激励时受迫振荡的复杂动力学行为;分析了无声波激励时平衡态的稳定性和奇点类型,并对其相应的物理现象进行了解释;对于受到声波激励的微气泡受迫振荡,结合Poincaré映射法确定了Poincaré映射的不动点,并根据Floquet理论分析了周期解的稳定性及分岔.分析表明:无声波激励时水中球形微气泡的平衡态是一稳定焦点,而受到声波激励时,随着激励频率的升高,微气泡的周期振荡从失稳转变为倍周期运动,进而转变成准周期运动,最终进入混沌状态;随着压力脉动幅值的增加,微气泡的振荡经过一系列倍周期分岔通向混沌.研究结果揭示了水中球形微气泡的复杂动力学特性,为进一步控制奠定了基础.     

利用本征正交分解的非线性Galerkin降维方法

提出了一种利用本征正交分解(POD)的非线性Galerkin方法,用于复杂流体动力系统的低维建模.该方法将满足流场边界条件的正交基(POD模态)张成的完备空间分解为有限维(低阶模态)子空间和无限维(高阶模态)子空间,并采用近似惯性流形逼近高阶模态和低阶模态的作用关系,用低阶分量来表示高阶分量,将无穷维流体动力系统降维成有限维动力系统.以雷诺数为200、攻角为20°时的NACA0012翼型绕流流动问题为例进行了低维建模分析,结果表明:由于考虑了高阶模态的影响,且不改变原系统的拓扑结构,因此该降维方法能够用较少的模态数来获得准确的动力学描述,弥补了传统POD降维方法由于忽略高阶模态影响而出现的不足,由此验证了该方法的有效性.     

在滑动轴承转子系统中挤压油膜阻尼器的减振特性分析

研究了挤压油膜阻尼器在具有滑动轴承支承的非线性转子动力系统中的减振特性．首先分析了滑动轴承－转子非线性动力系统的稳定性及分岔行为．研究表明：在较大不平衡量作用下，系统易发生倍周期分岔、准周期分岔，失稳转速较低．然后分析了加入挤压油膜阻尼器后的滑动轴承－转子非线性动力系统的稳定性及分岔行为．分析表明：挤压油膜阻尼器的加入，有效地改变了系统的分岔行为，提高了失稳转速，特别是在较大不平衡量作用下，其效果更加明显     

用于跨/超声速壁板颤振精确分析的流-固耦合有限元算法

为了精确和定量分析超声速与跨声速壁板的颤振特性,提出了一种基于有限元方法的流-固耦合算法,并用其研究了二维壁板颤振问题。首先,给出了壁板的von Kármán几何大变形运动方程,以及高速气流的欧拉控制方程。然后,采用标准有限元方法对壁板方程进行空间离散,而对流动控制方程的离散则运用双时间步长推进的特征线分裂有限元方法,从而有效地消除了流场数值解的振荡问题。随后,采取松耦合算法实现了流体与固体间的数据传递。最后,运用所提出的算法对超声速和跨声速气流作用下壁板的气动弹性特性进行了分析,考察了归一化动压、预紧力和厚度比对系统特性的影响,并将该算法的分析结果与采用线性/非线性活塞理论和线性化势流理论的经典壁板颤振结果进行了对比,证明该算法可以在较宽广的马赫数范围内给出气动力的精确描述,尤其适合于分析跨声速气流下的壁板气动弹性响应。     

结构参数对局部弹性翼型气动性能的影响规律

采用数值方法研究了低雷诺数下局部弹性翼型结构参数对翼型性能及流动结构的影响。建立了局部弹性结构的振动模型,采用具有双时间步长的任意拉格朗日-欧拉方法和基于特征线的算子分裂法对非定常流固耦合问题进行数值模拟,对不同的结构密度、弹性模量、阻尼下局部弹性翼型的升力以及结构振动的频率特性进行了分析。研究结果表明:局部弹性结构自激振动对流动的控制存在最佳的振动频率范围;在合适的结构参数下,如较小的结构弹性模量和结构阻尼,局部弹性结构能够产生较大振幅的自激振动,从而改变流动结构并提高翼型升力;对于具有高升力的局部弹性翼型,结构振动能够显著改变非定常流动分离模式,减小分离区域,达到抑制分离、提高翼型升力的效果。     

基于多重分形谱的局域网流量预测

基于非线性动力学理论,采用多重分形谱参数对局域网流量进行预测分析.首先,构造出实际局域网流量的多重分形谱并研究其谱参数的物理含义.然后,分析了多重分形谱参数与网络流量的关联关系.最后,采用多重分形谱对局域网流量进行了预测.研究结果显示,多重分形谱参数与网络流量的变化存在一定的关联性,采用多重分形谱可在一定程度上对网络流量的变化趋势进行预测,并且流量的波动量越大,预测的结果越准确,可预测的时间越长.     

低速气流中二元叶片颤振数值模拟与Hopf分岔分析

针对低速来流,建立了一种低速气流中的二元叶片颤振数值模拟、运动稳定性分析的方法.以速度势函数形式的Laplace方程、非定常Bernoulli方程作为流动控制方程,结合二元叶片沉浮、扭转结构动力模型,通过迭代的方式实现了叶片颤振过程的数值模拟.同时,从非线性动力学角度对计算结果进行了分析,对颤振产生的机理进行了研究.对不同来流速度下某二元叶片的自激振动进行了模拟,结果表明:来流速度是一个影响叶片运动稳定性的重要因素,来流速度增加而导致的叶片颤振是以来流速度为分岔参数的Hopf分岔产生的结果.     

翼型局部弹性自激振动的增升减阻效应研究

基于几何非线性的浅拱理论及空气动力学理论,建立了局部弹性翼型的气动弹性模型,并针对该模型建立了在ALE坐标下局部弹性翼型与非定常流场的耦合算法;对振动NACA0012翼型的非定常气动力进行了计算,结果与文献数据吻合良好,验证了算法的准确性;对雷诺数为2×105时弹性翼面自激振动对翼型的增升减阻效应进行了数值分析.研究结...     

时滞惯性流形在三维壁板颤振数值分析中的应用

应用时滞惯性流形(IMD)对三维壁板颤振问题进行了数值分析.采用von Karman几何大变形理论和一阶活塞理论分别描述平板变形和气动力,由此给出了系统的非线性偏微分控制方程;采用基于IMD的非线性Galerkin方法,将控制方程的解投影到由其线性算子的特征函数所张成的完备空间内,并截取有限阶模态来逼近真实解,从而将原无穷维动力系统近似为有限维动力系统;根据IMD思想,构造了反映高、低阶模态关系的时滞表达式,使得在数值模拟过程中无需通过复杂数值积分即可直接获取高阶位移分量,从而降低了系统维数,缩减了计算量;对系统的平面稳定、屈曲失稳、极限环振动和非简谐周期振动进行了详细分析,求取了平面稳定区域边界.与传统Galerkin方法(TGM)的比较表明,IMD能够达到TGM的计算精度,并使计算时间缩减了7%~11%,说明IMD具有高效、省时的特性,可广泛应用于多自由度耗散型动力系统的求解.