飞行器结构振动研究的有关问题

本文首先介绍了飞行器振动研究方面的发展趋势。过去飞行器结构动力学主要研究弹性飞机在外载荷(力、运动)作用下的结构动力特性和响应。随着航空科学技术的发展,引进了飞行器结构变形对气动力的影响,发展成为气动弹性力学。现在又引进自动控制技术,不仅考虑了结构变形与空气动力的耦合,而且考虑结构系统与控制系统的耦合,发展成为受控气动弹性力学,或受控结构动力学。接着介绍了开环飞机结构动力学的研究内容,包括正问题、逆问题两大类。把已知输入(力、运动)加到已经估算出来的数学模型(如通过有限元素法求得)上,求得所需要的输出,叫做正问题。逆问题之一叫模态识别(或参数识别),即把已知输入加到飞行器上,通过实验测得输出,从而求出数学模型。另一是载荷识别,即根据算出或识别出来的数学模型,和在实际工作情况下测得的输出来确定输入。 本文最后在强调研究飞行器振动问题重要性的基础上,对振动环境问题的研究途径和方法提出了建议与看法。     

悬停状态下旋翼旋转噪声的分析

对直升机悬停时旋翼的旋转噪声进行了初步研究，分别用单极子和偶极子声源描述旋翼的厚度噪声和载荷噪声，并根据悬停状态下旋翼气动载荷的特点，用傅立叶级数表示旋翼桨盘上各点的气动力和法向气流速度，然后代入单极子和偶极子声源声辐射公式中，求出旋翼桨盘外某观察点的声压值。最后结合一算例，分析悬停状态下旋翼旋转噪声的辐射特性和不同的展向载荷分布模型对计算结果的响应。     

板壳组合结构在随机面分布力作用下的响应分析与验证

本文用MSC／NASTRAN软件完成了板壳组合结构在随机面分布力作用下的响应分析研究，并与实验结果作了比较。在确定载荷、建立动力计算模型和模态阻尼比取值等方面进行了较详细的研究，得到了令人满意的结果：典型点加速度响应均方根值的计算结果与实验结果相近，误差低于15％。     

轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元分析方法

本文介绍一种分析轴对称液燃火箭全弹纵向振动和动力响应的有限元方法。有限元的振动分析采用的是文献[2]的方法,将火箭化分成壳体元素,液体元素和弹簧—质量元素。土星V—阿波罗运载田曾用此种方法做了全弹计算并与1/10的模型实验的结果做了比较,在振型和频率上取得了很好的一致。关于特征方程的求解,介绍文献[3]提出的“子空间迭代法”,用此种方法可以根据我们的需要求出有限阶的振型和频率。在计算动力响应方面介绍文献[4]和[5]的振型迭加法以及文献[6]的“有限元逐步积分法”。用这些方法可以求出动载荷作用下位移,速度和加速度的稳态响应。     

基于时域法的运载火箭风载荷动力响应分析

为研究新一代运载火箭在垂直转运过程中所受地面风载荷的影响问题,采用时域法对运载火箭地面风载荷响应特性进行了分析。编制了基于谐波叠加法的地面风载荷时程样本模拟程序,并通过与目标功率谱函数的对比来验证程序的正确性。在建立火箭有限元分析模型的基础上,对火箭在不同参考风速下的动力响应进行了计算分析。分析结果表明：编制的基于谐波叠加法matlab程序能很好的模拟脉动风载荷,火箭风载荷动力响应随参考风速的增加而增大。     

金属材料动力学性能的实验技术评述

本文叙述了强脉冲载荷下金属材料响应的试验技术,主要涉及高应变率下的试验方法—SHPB 技术及平板碰撞试验。此外叙述如何利用一维实验结果,根据流体弹塑性模型,计算复杂应力状态下的应力张量以及怎样用实验方法确定固体高压状态方程。     

湿热环境对正交铺设层合剪切板自由振动及动力响应的影响

基于Reddy高阶剪切变形板理论，用双重Fourier级数展开法求得了材料物性参数受湿热环境影响的四边简支纤维增强正交铺设层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解，并讨论了湿热环境及纤维体积含量对固有频率及动力响应的影响。     

直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算方法

对尾桨载荷噪声的预测方法进行了研究。尾桨载荷噪声用偶极子声源来描述;预测方法采用谐波法,即将尾桨载荷沿桨盘周向的周期性分布展开成各次谐波载荷的傅里叶级数形式,并代入用偶极子声源描述的声辐射公式中,从而求出尾桨桨盘外某观察点的声压级。理论推导和计算比较表明,在预测直升机尾桨定常载荷噪声时,其误差大小取决于算法中桨叶弦向载荷分布的数学描述与实际弦向载荷分布的吻合程度,并证明选取某种与实际弦向载荷分布较为相似的斜抛物线形来预测噪声误差很小。因此,可以将弦向实际载荷分布用某种弦向斜抛物线形载荷分布来代替,从而避免了计算桨叶实际载荷分布所带来的麻烦。最后,结合实际算例,对本文算法所产生的误差作了比较分析,并总结出了一个误差判据,从而使得本文算法能应用于直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算。     

半自由声场和混响声场等效转换方法研究

从结构振动场和声场之间的关系出发,计算声激励下的结构响应;通过分析混响声场和半自由声场的基本特性,用试验法获得了声激励下结构模态和不同声场的空间相关系数,利用广义载荷响应等效理论,给出了典型结构在不同声场转换关系下的等效转换关系。     

车架结构模态试验和分析——复数功率法在多点激振中的应用

为了建立221型汽车车架动力分析数学模型,用适调多点激振法进行了模态试验,测出了前八阶模态频率和(空间)振型。用复数功率法测出了它们相应的广义质量和结构阻尼系数。并在同样条件下,还用附加质量法、正交力法测出了同一试件前八阶模态的广义质量。本文将这些结果与复数功率法所得的结果作了比较和分析。     

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。     

结构变差系数简化计算

结构变差系数C_(Vs)为结构可靠性设计的重要参数之一。本文探讨了从结构元件变差求出组合部件变差系数的简化方法,对宇航结构中常用的加劲结构、光筒壳的变差系数作了实例计算并与试验结果进行了比较,表明这种简化计算方法比较经济、简便可行;在有条件时,如与Monte Carlo计算机模拟方法结合比较,则有助于从不同角度求得更接近实际的变差系数值。     

用配点法求结构瞬态响应

本文运用配点法,对用有限元建立的动力方程求结构的瞬态响应。文中提供两种计算方法;(一)逐步配点法;(二)最小二乘配点法。为了与各种逐步积分法作比较,文末有一算例,表明按这两种方法计算,其误差是较小的。     

弹性半空间地基上四边自由中厚矩形板的动力响应

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形板理论，研究矩形板在动荷载和预加面内机械荷载及温度场作用下的动力特性。把地基看作三维弹性半空间体，考虑地基变形衰减，用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数，采用bp-2 Rayleigh-Rizt法求得四边自由中厚矩形板的动力响应，并讨论了初应力对板的动挠度和动弯矩的影响。     

直升机旋翼颤振的一种有限元分析

本文用基于最小位能原理的有限元方法研究了直升机悬停时旋翼浆叶挥舞—摆振耦合颤振。利用准定常二维片条理论求出气动载荷。由非线性运动方程求出定常状态浆叶变形,假定浆叶绕定常状态解运动为小扰动,确定颤振边界。最后,给出了无铰旋翼浆叶的一个数字例子。     

正交各向异性圆柱层壳振动和屈曲分析

本文从正交各向异性圆柱层壳的动力和相容方程出发，导出了层壳振动和屈曲的控制微分方程，再用加权残值法进行分析，得支了层壳的振动和屈曲的一般表达式，由此可以求得层壳的自振频率和临界载荷，文中引用算例说明应用，并通过３种不同圆管自振频率的比较，验证了本文所介绍方法的有效性。     

带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Krmn型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数、温度变化和控制电压对固有频率及动力响应的影响。     

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

偏航状态下的风力机叶片气弹响应计算

考虑气动弹性对风力机叶片的影响,采用非定常叶素动量理论计算气动载荷,考虑离心力影响计算挥舞/摆振耦合的旋转叶片动力特性,运用模态叠加法,建立了叶片动力学方程,采用Runge-Kutta-Nys trom方法对方程进行求解,并引入气动阻尼效应,实现了气动与结构的耦合。进行了叶片动力特性及稳定偏航下叶片载荷与气弹响应的计算,并与商用软件计算结果进行了分析比较。结果表明,离心力对叶片动力特性存在明显影响,考虑气动弹性影响十分必要,对准确预测叶片振动水平和疲劳寿命具有重要意义。与商用软件相比,本文方法有一定的改进。     

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于研究确定性载荷作用下轴向受载的单对称Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该梁所受到的载荷可以是集中载荷或分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并针对具体算例讨论了动力弯曲位移和扭转位移的数值结果。