任意角度耦合加筋板能量传递系数计算方法及规律研究

能量有限元方法是结构声振响应预示的新兴方法，其中结构耦合位置的能量传递计算是能量有限元分析中的关键环节。本文将工程中常用的典型加筋板结构等效为梁-板耦合模型，结合波动解以及力学平衡条件，建立包含未知波幅的方程组，获取能量传递系数随入射角度变化的分布规律。通过将平面加筋板（180°耦合）的能量传递系数与文献结果进行对比，验证了方法的可靠性。将该方法应用于L型耦合（90°耦合）加筋板的能量传递系数计算中，通过与无加强筋L型耦合板对比，发现加强筋会阻碍弹性波的透射现象，从而影响结构中不同种类弹性波的能量占比。     

复合材料加筋板高频声振响应试验和仿真研究

为了探究复合材料加筋结构在强噪声环境下的高频振动响应,本文以复合材料加筋板为研究对象,首先开展了两种不同加筋形式复合材料板的统计能量参数的试验辨识研究,建立了两种复合材料加筋板的统计能量模型,进一步搭建了基于混响室的复合材料板动响应试验平台,将其计算结果同试验结果进行对比,验证了方法的准确性,最后预示了更高声压级载荷下的结构高频声振响应。     

基于导纳修正的能量有限元输入功率研究

能量有限元方法是预示结构中高频响应的一种新方法,输入功率是能量有限元方法中的一个重要参数,其准确性直接影响预示结果。本文基于有限大板导纳修正了单频激励下的能量有限元输入功率,提出了随机激励下输入功率的修正方法,将能量有限元输入功率推广到板受随机激励的情形。仿真分析表明,基于导纳修正的能量有限元输入功率方法比无限大板输入功率方法更加准确,验证了基于修正参数的输入功率方法的可行性,提高了能量有限元方法预示的准确性。     

能量有限元在振动与噪声预示中的研究进展

能量有限元方法是在波动理论上建立的一种功率流方法,兼具有限元方法和统计能量方法的优点,是预示中高频域振动和噪声的一种新方法。针对国内外能量有限元的研究成果,首先从简单结构、组合结构、声振响应、特殊结构及与其他方法的结合5个方面介绍了能量有限元方法的理论研究进展,接着以杆结构为例介绍了能量有限元的基本原理,之后介绍了能量有限元软件的研究进展,重点介绍了。NASTRAN自带的EFEA软件,最后总结了能量有限元方法的成果及存在的问题,说明继续完善能量有限元理论及软件并将其应用到工程中去是迫切需要开展的研究工作。     

爆炸冲击载荷作用下板壳结构数值仿真分析

主要针对爆炸冲击载荷作用下板壳结构的试验破坏问题,利用LS-DYNA有限元分析软件,采用非线性动力学分析计算方法,考虑材料非线性和结构非线性等因素,模拟分析了板壳结构在接触爆炸冲击载荷作用下的动态响应。计算分析结果与试验结果相吻合,利用有限元分析方法能很方便解释试验过程和现象,为试验分析提供有效依据。     

基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析

针对飞机结构疲劳特性,提出了基于频率域信息的随机载荷历程——功率谱密度函数(Power speetraldensity,PSD)估算结构振动疲劳的一种新的计算方法。首先对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数;将此传递函数与输入的功率谱相乘,获得结构的应力功率谱密度;再结合材料参数,选择合适的疲劳损伤模型,利用频域方法计算结构的疲劳强度。对某型飞机机翼,采用本文方法,应用有限元分析(Finite element analysis,FEA)获得了应力响应功率谱密度函数,并对机翼在随机振动载荷下的强度特性进行了模拟与分析,给出了分析结果。     

直升机旋翼气弹响应及桨毂载荷的参数灵敏度分析

提出了一种有效的旋翼气弹响应及桨毂载荷的参数灵敏度分析方法。建立了响应灵敏度导数的时域有限元方程，通过配平计算及响应灵敏度的耦合分析，由力积分法与多桨叶求和法直接得到桨毂载荷的灵敏度导数。数值计算结果表明，与灵敏度分析的有限差法比较，直接的灵敏度分析法可以大幅度降低灵敏度分析所需的计算时间，为有效的旋翼结构多学科综合优化提供了快速的参数灵敏度分析方法。     

声振力学环境预示的FE-SEA混合方法研究

传统的有限元方法和统计能量分析能够较好地预示低频和高频的力学环境,但如果存在刚度悬殊过大的子系统时,上述方法均难以准确预示。FE-SEA混合方法兼顾了有限元与统计能量分析的优点,可针对子系统的不同特点分别应用有限元或统计能量分析技术进行建模,而后依据边界处直接场与混响场的互易性,将子系统重新整合,得出整体系统的响应。文中主要介绍了FE-SEA混合方法的基本理论,在对经典理论研究的基础上,完善了FE-SEA混合方法的功率平衡方程并得到复杂系统在各种连接状态下随机子系统间能量传输关系的完整表达式,使得该方法可适用于更为复杂的耦合系统,拓宽了其应用范围。     

改进的CFD/CSD耦合系统设计方法及其计算

论述了界面上的数据交换方法和时间推进格式在流体动力学（CFD）和结构动力学（CSD）耦合求解非线性气动弹性问题中的关键作用;改进了CFD／CSD耦合系统．包括基于边界元方法设计了CFD和CSD耦合界面的数据转换方法,该方法可在同一映射矩阵处理结构响应和非定常气动载荷转换,保证了耦合边界上的能量守恒;改进了一种松耦合方法流程,在保持模块化基础上提高了计算精度和效率。最后将本文方法应用于二维位移外插算例和A—GARD445．6机翼的动响应分析中,结果表明本文方法具有较高精度。     

基于压弯刚度匹配论则的复合材料加筋板结构优化设计

提出一种评估加筋板承载效率的量化方法,用于初步实现复合材料加筋板中加强筋布局与尺寸的优化.讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式对于复合材料加筋板临界失稳载荷的影响.将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为评判结构承载效率的指标,构建了一种以压缩、弯曲刚度系数作为设计变量并反映结构效率的代理模型,避免了局部最优点的出现,更利于数值寻优.通过一种典型复合材料加筋板的有限元分析验证,发现压-弯刚度匹配模式与结构效率之间存在明显关系.优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致,从而验证了基于承载效率以及结构总体刚度匹配关系的优化方法的可行性.     

含面芯脱粘边缘闭合蜂窝壁板压缩稳定性研究

基于有限元软件ABAQUS,分别建立了无损伤和含板芯脱粘缺陷的边缘闭合蜂窝壁板的三维有限元模型。利用3种建模方法对比研究了边缘闭合蜂窝壁板在压缩载荷作用下的屈曲载荷规律和失稳模式。采用夹芯板理论将蜂窝芯等效为正交各向异性结构,板芯之间的胶层使用cohesive单元进行模拟。研究结果表明:随着脱粘尺寸的增加,蜂窝壁板的屈曲载荷呈现下降趋势;当30 mm≤D≤80 mm时结构由混合屈曲过渡到局部屈曲;两种等效模型发生局部屈曲后,无论是结构的屈曲载荷规律和屈曲载荷值还是失稳模式,均近似接近原始模型结果。     

压电结构的控制-结构一体化设计

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个 Ｌｙａｐｕｎｏｖ 方程的解。以系统的存留能量指标为适应度函数，以作动器和传感器的位置及控制增益为优化参数，利用基于共享函数机制小生境技术的遗传算法进行结构、控制设计。最后，对一悬臂压电耦合板进行了实例分析。结果表明，该方法是解决控制结构一体化设计的一种有效途径，可以得到多个最优解或次优解。     

运载火箭风载荷流固耦合分析方法

运载火箭风载荷关系到箭体结构设计、运载能力和成本等方面,因此准确分析和预示气动载荷有着非常重要的意义。基于计算流体力学(CFD)与结构动力学构建运载火箭竖立状态数值风洞模型,从而对火箭风载荷与响应进行流固耦合(FSI)分析。分析结果表明该方法能充分考虑箭体弹性振动与空气流场耦合效应,本文分析结果与试验结果在规律性方面上具有较好的一致性。     

随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究

积冰改变了翼型的气动外形和绕流流场,使得机翼气动载荷分布产生动态变化。蒙皮作为气动载荷的承受及传递对象,会在气动载荷的动态作用下产生不同的振动响应。以某大弯度翼型为研究对象,提取了典型积冰增长过程中尾缘上下蒙皮振动特征,采用载荷谱方法研究积冰全历程的蒙皮振动及流场变化特性,并分析了不同材质的蒙皮在结冰不同阶段的响应及结构稳定性。结果表明:不同材质蒙皮对冰致脱体涡及后缘分离涡具有不同的载荷感知特性;刚性蒙皮载荷谱及其能量相对集中,柔性蒙皮载荷相对分散;随着积冰增多、冰角增长,脱体涡主频逐渐前移,冰角表面小冰枝引起宽幅高频振动;前缘脱体涡与尾迹掺混造成翼型后缘绕流载荷能量增加。     

考虑筋条扭转弹性支持的轴压复合材料加筋板局部屈曲分析方法

考虑筋条的扭转弹性支持作用,采用里兹能量法建立了轴压复合材料加筋壁板蒙皮局部屈曲问题的理论模型。考虑筋条下缘条对蒙皮的影响,对该理论模型提出了一种改进计算方法。对典型复合材料加筋平板轴压局部失稳临界载荷进行算例分析,通过理论分析结果、试验结果和有限元仿真结果的比较,验证了本文方法的合理性。同时实验结果表明,采用本文方法可显著提高蒙皮局部屈曲载荷计算结果的精度。本文方法可用于复合材料加筋壁板蒙皮局部稳定性前期分析设计中。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究

声振综合力学环境是航空航天飞行器的重要环境之一。航天飞机或运载火箭、飞船在起飞段产生强噪声环境,这种强噪声会激发局部结构振动,损伤飞行硬件,所以飞行器强噪声环境和随机结构振动预示受到了各航空航天大国的重视。综述了国内外综合力学环境研究现状,提出了气动(气动噪声)/结构耦合思想,即基于物理声学、结构动力学以及空气动力学的三场耦合,对飞行器综合力学环境进行预示。分析了气动(气动噪声)/结构耦合综合力学环境仿真的关键技术,提出的仿真基本思路是在已有气动弹性研究的基础上引入噪声载荷,建立三场耦合平台。以舱段为研究对象,进行了气动/结构/声学(CFD/CSD/CAA)耦合建模及仿真,获得舱段时域结构响应,验证了方法的可行性。研究目的是拟开发空间飞行器结构/热/气动/气动噪声多力学耦合分析的仿真环境分析软件。为研究用于高超声速飞行器复杂力学环境预示积累理论基础。     

复合材料波纹腹板梁坠撞试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹腹板梁在坠撞过程中的吸能性能,对复合材料波纹腹板梁试验件进行了动态冲击压溃试验研究,得到了试验件的损伤破坏形貌以及载荷和能量的历程曲线。基于ABAQUS/Explicit平台二次开发得到了模拟复合材料波纹腹板梁冲击压溃过程的仿真分析模型,模型采用了改进的Hashin损伤判定准则和Choi-Chang准则综合判断单元失效,并结合Cohesive界面单元,可较为真实地反映所研究复合材料层合结构的各向异性和渐进损伤特性。通过数值模拟得到了能量评估参数比吸能（Specific energy absorption, SEA）和平均压溃载荷,与试验结果进行了对比分析。基于仿真分析模型,本文进一步研究了不同波数的复合材料波纹腹板梁的吸能能力。数值模拟结果表明：波纹腹板梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差较小,验证了模型的有效性;在腹板单波长度不变的情况下,波纹腹板梁的长度对抗冲击吸能的影响较大。当波纹腹板梁长度较小时,结构容易失稳,无法有效地吸收能量。     

基于粒子群——克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法。借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性。研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度。构建了筒段壁面应变场分布式光纤监测与重构系统,借助环向粘贴的高密度弱反射光纤光栅传感器获取壁面离散点的应变信息,结合粒子群—克里金法实现圆筒壁面应变场监测和载荷位置识别(平均定位误差为1cm)。研究结果表明,本文所提方法能够为飞行器筒段结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。     

热环境下复杂边界环形板振动特性建模及分析（英文）

提出一种统一的方法来预测环形板在稳态热环境下的自由振动行为。基于谱几何法（Spectral geometry method, SGM）,采用改进的傅里叶级数展开环形板的位移。基于一阶剪切变形理论（First-order shear deformation theory, FSDT）得到了环形板的势能和最大动能。采用三组线性弹簧和一组旋转弹簧模拟环形板的任意边界,使用周向耦合弹簧以保证回转角为360°的圆环板周向边界的连续性,结合瑞利-里兹法构建环形板的理论模型,求解环形板的振动特性,通过与有限元（Finite element method, FEM）计算结果的对比,验证了该方法的准确性。本文采用无网格法,与目前主流的方法（如有限元法）相比,其计算效率更高。本文还研究了环形板的模态数值解和边界条件、内外半径比之间的关系。本文为环形板在工程实践中的应用提供了参考。