涡破裂诱导的垂尾抖振数值模拟

 采用数值模拟方法研究了大后掠三角翼前缘涡破裂诱导的垂尾抖振问题,分析了大迎角条件下的垂尾抖振特性。采用Navier-Stokes方程求解非定常气动力、耦合结构动力学方程,建立了气动弹性方程,在时域内采用松耦合方式推进以得到垂尾结构响应。研究结果表明:涡破裂流的脉动频带覆盖了垂尾扭转模态的固有频率,诱发了垂尾抖振现象;与传统的颤振频域响应特性不同,垂尾抖振响应的各阶位移与加速度响应主频均位于各阶结构模态固有频率附近。此外,弯曲与扭转响应存在耦合效应,且耦合作用的频率与提取的垂尾表面气动载荷脉动频率一致。垂尾的位移响应由一阶弯曲模态主导,振幅不大;加速度响应主要由扭转模态产生,量级较大,使结构持续遭受严重的附加惯性载荷作用。     

复合材料机翼结构动力学分析

针对飞机在飞行过程中复杂的振动情况,使用ANSYS软件对复合材料机翼进行有限元建模,合理布置复合材料铺层,通过比较复合材料机翼与金属机翼模态计算结果,发现复合材料机翼的各阶频率高于金属结构,并对比不同铺层角的模态分析结果,发现铺层角不仅影响结构的模态频率,对振型也有很大的影响。考虑一定工况条件下的垂直突风载荷作用,对机翼结构进行动力学分析。结果表明,在载荷作用的时间范围内,观测点的运动参数均随时间呈简谐运动的变化规律,且其运动周期恰好等于结构一阶模态频率。     

基于ANSYS Workbench的可伸缩机翼的模态分析

<正>气流扰动容易造成机翼的弯曲变形、扭转变形甚至损坏~([1-2])。每一个结构都有其固有频率,为了防止可伸缩飞行汽车发生共振而导致可伸缩机翼变形,因此有必要对可伸缩机翼进行模态分析~([3-4])。进行模态分析有许多好处:可以为结构设计提供指导使其避免共振,或者可以使结构以特定的频率振动~([5])。对可伸缩机翼进行模态分析,可以获得可伸缩机翼在各阶频率下的模态,获得振动频率与应变之间的关系。本文采用ANSYS Workbench对可伸缩     

基于时频切片分解的时变系统参数识别

系统参数识别分为时不变系统参数识别和时变系统参数识别两大研究方向,其中时不变系统参数识 别的研究已趋于成熟,而时变系统参数识别的研究则仍然处于起步阶段。对于多自由度时变结构,提出一种基 于时频切片分解的时变系统参数识别方法。该方法采集结构的振动位移响应,根据时频分解计算得到响应在 整个时频段内的时频能量分布图;依据结构的时频分布特性,选择多个时频切片窗分解响应信号,再对分解出 的信号分别进行逆变换计算完成时域上的信号重构;重构出来的信号对应于结构的各阶模态位移响应信号,利 用Hilbert变换提取信号瞬时频率,从而识别出结构各阶频率。通过一个三自由度的弹簧阻尼质量仿真实验, 验证了该方法具有良好的识别精度和工程实用价值。     

基于POD方法的弯曲扩压通道分离流控制的时空特性分析

为了分析一种运用于压气机内分离流控制的无源脉冲射流控制技术的特点,基于弯曲扩压通道试验模型进行了脉冲射流控制的试验和数值模拟研究,结果均表明当射流频率接近通道内分离涡主频时控制效果最为明显;引入了本征正交分解（POD）技术对无控状态下通道内流场结构进行分析,得到了POD各阶模态的流动结构特征。在此基础上对比分析了定常及非定常控制特点,结果表明：非定常控制方式主要是重分配各阶模态之间的能量,有选择性地强化或削弱某阶模态;定常射流控制则是整体削弱高阶模态,压制通道内复杂流动现象;合理地构建脉冲射流可使能量从高阶模态向平均流模态进行转移,能量的转移通过空间流场结构的重构和模态时间演化特性的序化实现。最后针对POD分析结果进行了验证性试验研究,试验结果部分反映了时空特性的变化规律,提升了POD分析结果的可信度。     

基于李亚普诺夫稳定性理论的压气机失速主动控制方法

针对压气机主动稳定控制方法中模态控制需要大量传感器及高频执行装置的不足,以喷气装置作为失速控制的执行机构,基于李亚普诺夫稳定性理论,利用回溯法设计了采用周向同步喷气的压气机预失速和过失速阶段的失速控制算法。理论分析和仿真结果表明,采用该方法,在预失速阶段,经过约1.1s持续喷气后,扰动的各阶模态的幅值均趋于0,各阶模态的相位均趋于恒定;在过失速阶段,持续约0.1s的喷气控制后,扰动的各阶模态被完全抑制,其各阶幅值趋于0,各阶模态相位趋于恒定;实现了对预失速和过失速的有效控制。由于以平均流量作为反馈输入,该方法只需安装少量传感器,且喷气装置的作动频率不高于50Hz,远低于模态控制方法。此外,采用同步喷气,也降低了执行机构的复杂性。     

飞机导管壁板结构特性分析

用ANSYS/Workbench几何建模平台Design/Modeler建立管道安装结构的有限元模型,借助ANSYS/Workbench对管道在受到28 MPa稳定内压条件下,获得管道安装结构的模态,得到整体结构的前6阶频率和振型。由位移变形云图得知,原结构第3阶自振频率接近工作频率,且最大变形位置在管道拐角处。通过增加管道结构约束的方式,提高整体结构各阶自振频率,有效地避开了工作频率,为工程设计与优化提供参考。     

基于小波神经网络的复合材料损伤检测

讨论了小波变换和小波神经网络,借助小波变换良好的时频带通分层性,从各阶二进小波变换的频域中提取特征,送入小波神经网络进行学习和分类,结果表明该方法稳定可靠,在复合材料智能化研究中具有很大前景。     

基于优化STD法的大飞机垂尾装配界面精加工过程模态参数识别

为减小大飞机垂尾装配界面精加工过程中产生的加工振动对其精加工质量的影响，需掌握装配界面加工过程的动力学特性，而动力学特性与其模态参数密切相关。因此，为获得装配界面各阶模态参数，针对其动态精加工过程，提出了一种优化STD环境激励下结构模态参数识别方法。该方法首先由装配界面的实测加工振动数据构造Toeplitz矩阵，并将其作为STD法的输入，进而求出装配界面各阶次模态参数，并构成模态参数下三角矩阵。然后利用模态置信因子及模态保证准则选出阶次相对稳定的模态参数作为装配界面的真实模态参数。最后，通过切削实验和锤击测试验证优化STD法的正确性和有效性。将锤击实验模态结果作为装配界面的模态参数测量参考值，以一阶模态频率识别结果为例，该方法相比于传统STD法和SSI法，识别精度分别提高了12.71%和3.82%；同理其余各阶模态参数识别精度均有不同程度的提高。通过优化STD法可准确高效地获得装配界面的模态参数，为其精加工工艺参数的合理选择提供了理论依据和技术支持。     

旋转叶片在热激励下频率转向特性的研究

基于薄板弯曲理论,采用梁函数组合法对悬臂板进行动力特性分析,推导了在变转速状态下悬臂板频率和振型的解析解的一般表达式,提出了在离心力场和温度场效应下研究叶片“频率转向”的新方法,建立了计算悬臂板各阶频率和振型的理论依据。同时,采用Matlab软件分析了在离心力作用和不同工作温度下,叶片的“频率转向”特性和模态振型的变化规律,并较为详细的讨论了T=25℃时,在“动频交叉点”附近（第2,3阶频率线交叉点附近）叶片的模态振型。仿真结果表明,工作温度越高,动频交叉点处对应的旋转速度越高;孤立的弯曲模态、扭转模态不会与其他模态耦合而导致频率转向;第2阶二弯模态振型没有明显的变化,第3阶一扭模态振型基本不变。     

全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究

研究绳系结构和绳索预紧力对全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率的影响。首先，基于绳索并联机构理论，对双索悬挂系统进行静力学建模，引入加权矩阵，推导了双索悬挂系统静刚度模型；其次，建立双索悬挂系统无阻尼振荡方程，分析双索悬挂系统刚体模态频率变化规律；进而，搭建了双索悬挂系统地面样机，开展系统模态频率测试试验，研究系统刚体模态频率的影响因素及其变化规律；最后，参考试验结果修正所建数学模型。结果表明，随着绳索预紧力的增加，系统刚体模态频率呈上升趋势，但各阶刚体模态的固有频率上升速率不同，平动模态的固有频率受绳索预紧力影响比转动模态小得多；在转动模态方面，滚转模态的固有频率最大且上升快；在平动模态方面，升沉模态的固有频率大于横侧滑模态的固有频率；双索经过的机身前后滑轮与飞机模型质心之间的相对位置变化会不同程度地影响支撑系统俯仰模态、偏航模态的固有频率，但几乎不影响其滚转模态的固有频率。研究发现，通过控制悬挂绳索预紧力的大小，合理设计机身上的滑轮安装位置，能够有效降低双索悬挂系统刚体模态频率。研究结果对于优化设计全模颤振双索悬挂系统具有指导意义。     

运载火箭振型斜率测量系统研制

结构动力学分析是运载火箭研制必不可少的环节,动力学分析的基础是建立一个准确的数学分析模型,这个数学模型需要通过一些试验测量获取的动特性参数来充分验证。运载火箭的振型斜率是运载火箭稳定控制系统设计的重要参数,该参数受舱段结构局部变形影响较大,无法通过数学仿真计算得到。因此,新型运载火箭必须进行全箭模态试验以获取振型斜率参数。通过全箭模态试验,完成了通过速率陀螺+加速度计直接测量的方式获取箭体结构振型斜率值。同时,根据不同频率下的模态试验,给出了速率陀螺标度因数在不同频率下的修正因子。试验结果表明,本测量方法有效提高了振型斜率的测量精度。     

阻尼不相似动响应模型的一种频域修正方法

在动响应相似缩比模型设计和试验中,阻尼往往难以保证相似,使得模型动响应难以直接换算到结构原型上,为此提出一种基于传递函数的频域修正方法。基于稀疏模态假设,在特定模态频率的邻近频带内,仅考虑该阶模态对传递函数贡献,建立理想模型与实际模型传递函数之间的简化理论关系。以二自由度离散振动系统和实际结构振动模态试验为例,对所提出的修正方法进行了验证。结果表明,修正后的传递函数幅频曲线与目标值吻合度较好,表明了本方法的可行性和有效性。     

直升机尾桨/尾梁耦合动稳定性分析

根据激振实验数据,应用加速度响应频响函数方程组求解尾桨毂中心处的各阶模态频率,采用加速度导纳圆方法求得尾梁在尾桨毂中心处各阶模态的质量、阻尼和刚度。利用特征值方法分析了尾桨/尾梁耦合共振动稳定性。结果表明,尾梁纵向和垂向一阶模态是可能与尾桨摆振后退型模态产生耦合共振的危险模态,提高尾桨减摆器储能模量和尾梁一阶固有频率有利于提高系统稳定性。     

对RLC串联电路中通频带与RLC参数关系的讨论——从一道习题引起的问题

讨论了RLC串联电路中通频带与RLC参数的关系,说明在设计一个RLC串联谐振电路时,在给定谐振频率,电感量和频带宽度时,上下边界频率不能只满足通频带宽度而任意假定,还应满足通频带与RLC这些参数之间关系的表达式.     

圆柱扰流非定常流动流场动力学模态分解

为了解圆柱扰流中的大尺度有序运动特征,采用非定常数值仿真方法对圆柱扰流进行了研究,通过短时傅里叶变换方法对流场内典型监测点进行了时频分析,并引入DMD方法对非定常流场进行分析,获取了各阶流场模态的频率及分布特征。结果表明:DMD方法提取的模态频率与圆柱后方典型监测点时频分析得到的频率吻合较好,1阶模态表现为圆柱后方两侧形成的双列涡脱落特征,2阶模态表现为两侧涡团在圆柱正后方相互作用形成的类驻波特征。采用DMD分析与CFD计算相结合的方法,可以用于研究圆柱扰流的非定常流动特征。     

叶片在变转速状态下频率转向特性的研究

基于薄板弯曲理论,采用梁函数组合法对悬臂板进行动力特性分析,推导了在变转速状态下悬臂板频率和振型的解析解的一般表达式,提出了在离心力作用下研究叶片“频率转向”的新方法,建立了计算悬臂板各阶频率和振型的理论依据。同时,采用Matlab软件分析了不同展弦比的叶片在离心力作用下,其“频率转向”特性和模态振型的变化规律,并较为详细的讨论了在“动频交叉点”附近（第2,3阶频率线交叉点附近）叶片的模态振型。仿真结果表明,在叶片的动频曲线相交点处,相同厚度、相同长度的叶片,展弦比较大的叶片的动频曲线交点对应的转速和频率较大;孤立的弯曲模态、扭转模态不会与其他模态耦合而导致频率转向;第2阶二弯模态振型没有明显的变化,第3阶一扭模态振型基本不变。     

基于DMD方法的翼型大迎角失速流动稳定性研究

基于剪切应力输运湍流模型的SST-DDES混合方法对NACA0012翼型大迎角分离流动进行非定常数值模拟,采用动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)数学工具对失速初始状态、浅失速状态以及深失速状态的流场进行稳定性分析。结果表明:DMD方法准确地提取了翼型大迎角流动中的主频和高阶倍频及对应的流场模态结构;与FFT分析结果相比,频率最大差异小于0.16%;且发现两者提取的频率在流动中的主导作用顺序也一致。通过特征值对相应的模态进行稳定性分析,所有模态的放大率均非常小,所有模态处于弱发散、弱收敛或稳定极限环状态。DMD提取的一阶模态主要表现为分离涡演化过程中最主要的静止分离涡结构,前三阶低频对应的模态涡结构与流动中以此频率进行演化的涡结构比较一致,更高阶的倍频主要表现为尾涡和尾迹区的涡结构。且发现不同模态系数之间存在相位差,说明分离涡流动中不同频率对应的涡结构运动不同步。     

基于参数优化变分模态分解的瞬时模态参数识别

针对变分模态分解的模态数和二次惩罚因子难以确定的问题,提出了基于正交性指标、能量比值和变分能量熵的参数优化算法;对于分解得到的单分量信号,发展了基于多项式调频小波变换的瞬时频率识别方法和基于能量法的瞬时阻尼比识别方法。开展了三自由度时变结构仿真研究和时变钢梁实验研究。研究结果表明：优化后的变分模态分解法能够精确分离多自由系统的各阶时变分量,具有较强的抗噪性能;基于多项式调频小波变换的瞬时频率识别方法具有很强的时变频率追踪性能、抗噪声能力强,时变频率识别精度高,平均误差不超过1%;能量法能够较准确地识别结构的瞬时阻尼比,识别误差保持在10%左右,抗噪优势明显。     

石英振梁式加速度计谐振器的结构设计与仿真

英谐振器是石英振梁式加速度计的关键部件,其结构设计的好坏直接影响石英振梁加速度计性能的好坏。本文从切型的选择、电极的设置等方面阐述了石英谐振器结构设计的方法,并利用ANSYS有限元软件对石英谐振器结构的模态、力频特性和压电效应进行了仿真和分析,验证了理论模型的正确性,同时为设计不同用途的石英振梁式加速度计提供理论依据。