航空发动机转子系统动力特性的非概率分析

运用一种非概率-区间方法来对转子动力特性进行分析.基于区间数学和摄动理论的区间分析方法将不确定参数支承刚度和连接结构刚度视为区间向量,运用区间摄动法建立了转子系统固有频率的公式,分别应用区间摄动法和组合法对数值算例进行分析,并比较结果,验证了方法的有效性.结果表明:与确定性方法相比,运用区间摄动法能够较准确地进行转子动力特性分析,降低了传统的概率分析方法对不确定参数信息的过多要求,不需要确定参数的概率分布.      

基于切比雪夫多项式展开的转子动力特性区间分析

基于切比雪夫多项式展开,建立了转子系统临界转速和稳态响应区间分析方法,能在仅具有参数上下界的情况下获得结果分布区间。针对临界转速区间分析问题,将支承刚度、密度和弹性模量视为区间变量,建立转子系统固有频率的切比雪夫多项式表达式,最终获得临界转速区间,临界转速误差不超过0.07%。在固有特性分析基础上,应用切比雪夫方法求解转子系统的稳态响应,并由模态叠加原理对响应区间进行修正,解决了固有特性不确定性较大时稳态响应求解精度不足的问题。与蒙特卡洛插值结果相比,响应上界误差不超过8%。基于切比雪夫展开的非确定分析方法,不需修改原结构的振动微分方程。结果表明该方法结合商业有限元软件后,应用简单,并具有理想的精度。     

正交多项式在不确定转子动态响应计算中的应用及对比分析

为研究航空发动机转子系统中的区间不确定性对系统动态响应的影响,提出利用正交多项式求解不确定转子响应的非嵌入式区间分析法,克服了传统概率方法需要参数先验概率分布的苛刻要求。用有限元法建立了悬臂转子的确定性运动方程,阐述了Chebyshev和Legendre两种正交多项式建立响应代理模型的原理和计算步骤。通过与Monte Carlo抽样对比,验证方法的可行性和精度。对照Monte Carlo方法500样本的计算结果,两种多项式区间法计算结果都具有较高精度,误差均小于1%,而计算时间则分别为Monte Carlo法的2.5%和5.4%,Chebyshev多项式方法具有更高的计算效率。分析了不同不确定参数在不同不确定水平下,系统的响应范围。研究表明,正交多项式区间分析法可高精度高效率地计算转子系统区间响应范围,不确定性对该转子系统动力特性影响很大,多源不确定性传播可引起转子系统大幅振动。      

某型直升机涵道尾桨的固有频率区间估计

研究具有不确定复合材料参数的某型直升机涵道尾桨的固有频率。基于区间数学,将不确定复合材料参数用区间定量化,结合有限元刚度矩阵和质量矩阵的参数分解模型提出了一种估计其固有频率的区间参数顶点法。尾桨的建模、计算及后处理工作均是在大型工程分析软件ANSYS8.0中完成的,结果表明了区间分析方法的实用性和有效性。     

高超声速飞行器飞行动力学特性不确定分析

 高超声速飞行器分析模型存在较大不确定性,其给出的动力学特性与真实值之间存在偏差,因此研究飞行动力学特性分析结果的可信度水平对控制系统设计具有重要意义。针对典型的乘波体构型高超声速飞行器,在建立气动/结构/推进相互耦合的动力学模型基础上,利用非概率区间来描述模型中的不确定参数,并将复特征根不确定范围求解问题转化为频率和阻尼比两个实数的不确定区间分别求解,给出了动力学模态特征根、频率及阻尼比的不确定边界。分别采用直接蒙特卡罗(DMC)模拟方法、基于泰勒展开的区间分析方法(TIAM)和基于多项式逼近的区间分析方法(CIAM)对高超声速飞行器飞行动力学不确定性进行了研究。结果表明:CIAM计算时间适中,且给出的边界更为准确、安全,适合在控制系统设计和验证过程中使用。     

机翼带外挂系统极限环颤振的区间分析

针对带有初偏间隙型非线性刚度的二元翼带外挂系统的极限环颤振,应用当量线化方法得出了颤振边界曲线,并根据颤振边界曲线用4阶Runge-Kutta法得到极限环相图,可明显看出极限环振动与普通周期振动的区别。然后引入了几个不确定量,通过区间分析方法给出了这些不确定量对机翼带外挂系统颤振边界曲线的影响,并用随机有限元法(FEM)验证区间分析方法的可靠性。进而可以得到一定来流速度下,具有不确定机翼外挂系统幅值的上下界,以及不确定参数对极限环相图的影响。知道机翼外挂幅值的上下界后,可以对外挂幅值进行适当控制。     

雷达探测距离的区间估计

雷达探测距离是雷达发射功率、频率、接收信号功率等这些不确定参数的函数。以区间数学为基础,将这些不确定参数描述为区间变量,借助一阶泰勒级数,提出了近似估计雷达探测距离的区间分析方法。区间分析方法降低了以往处理不确定问题概率方法需要知道不确定参数均值、方差或概率分布密度等详细统计信息的要求,只要求知道不确定信息所在的边界,而且计算量少。通过算例与概率分析方法相比较,表明了区间分析方法的可行性和优越性。     

复合材料层合板屈曲载荷计算的区间分析算法

提出了求解具有不确定性复合材料层合板屈曲载荷的一种处理方法———区间分析法。区间分析法是基于区间数学和泰勒展开的一种处理不确定性的方法。区间分析法不需要知道不确定变量的概率统计特性,只要较少的材料物理特性信息,即不确定变量的上界和下界,加上较简单的计算就可以得出结构响应的变化区间。在样本比较小,概率统计特性不明显,从而通常的概率统计方法不能有效应用时,区间分析仍然有效。文中针对四边简支的特殊正交层合板以及反对称角铺设层合板的屈曲载荷,用概率算法和区间算法分别进行了计算与比较。     

基于区间分析方法的智能桁架结构振动特性分析

 针对智能结构复杂的不确定性的特点以区间数学理论为基础，并与有限元分析方法相结合，提出了求解具有复杂不确定性智能桁架结构动力特性分析的非概率区间方法和相应的有限元方法。针对智能桁架结构进行了数值分析，研究了各种不确定性参数对智能桁架结构振动特性的影响。数值结果表明，智能桁架结构对各种参数的不确定性均具有很好的鲁棒性。     

温致材料属性变化对发动机双转子系统动力特性的影响

为探究不同工况下温度场变化进而导致材料属性变化对双转子系统动力特性的影响，提出将不同工况温度、转速变化与发动机双转子系统动力特性联合分析方法。通过发动机性能方程、相似性原理及稳态热分析方法拟合得到稳定工况双转子温度场，将温度场与转子结构有限元模型联合，推导了双转子系统有限元刚度矩阵受温度场影响的动力学方程。建立了典型发动机双转子支承系统热-固联合分析有限元模型，分析了双转子系统在不同工况温度场下固有频率、模态振型、稳态不平衡响应及应变能分布的变化情况。结果表明：随着工况升高，典型发动机双转子系统固有频率发生不同程度的下降，临界转速随之下降，最大下降幅度接近10%；在涡轮位置不平衡量作用下，受临界转速变化等影响，涡轮支承位置最大工作转速附近平均不平衡响应幅值较常温下增大近3倍，温致材料属性变化对双转子动力特性造成较大的影响。     

应力强度因子的区间分析方法

 传统上用来处理不确定性问题比较有效的方法是概率分析方法,本文应用区间分析方法对具有不确定参数的应力强度因子进行估计。该方法以区间数学为基础,将不确定参数描述为区间变量;再利用Taylor级数展开通过区间运算得到应力强度因子的区间范围,从而为工程设计提供可信的数据。区间分析方法优于传统的概率分析方法的是：它不需要预先知道关于不确定参数大量的统计数据信息,并且具有计算方法简便、实用和精度高的特点。最后,通过对两种裂纹情况的计算将区间分析方法和传统的概率分析方法进行比较,说明了该方法的有效性。     

含不确定参数的复合材料壁板热颤振分析

研究了含有不确定结构参数的壁板颤振问题,利用vonKarman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型,考虑在壁板颤振分析模型中存在的不确定参数,将其用区间向量定量化,基于区间扩张理论和Taylor级数展开,并结合有限元计算方法,提出了区间分析的方法来估计含有不确定参数的壁板结构颤振临界风速的区间,以及发生极限环振动时振幅的变化区间。通过数值算例,将本文提出的壁板颤振的区间有限元模型与随机有限元模型进行了比较,显示了本文方法的有效性和可行性。这种方法的优点是只需要知道不确定参数的所在范围界限,为解决含有不确定参数的壁板颤振这类复杂的气动弹性动力学问题提供了一个途径。     

航空发动机套齿动态装配间隙非概率优化设计

为解决航空发动机套齿动态装配间隙的响应问题,在考虑动态变形和参数不确定性的情况下,将1种非概率区间分析方法与Kriging响应面模型及响应面优化方法相结合,对套齿初始装配间隙进行了可靠性优化设计。以某刚性套齿联轴器作为数值算例,在确定性设计的基础上,考虑机械载荷、热载荷、材料参数的分散性,运用区间分析方法得到了动态装配间隙的响应范围,利用非概率可靠性指标对初始装配间隙进行了优化设计。与确定性设计相比,优化设计提高了结构的可靠性;与概率设计相比,优化设计降低了对不确定参数的信息要求。验证了非概率方法解决装配对象不确定性结构响应问题的可行性与适用性。     

机翼颤振的区间有限元分析(英文)

The influences of uncertainties in structural parameters on the flutter speed of wing are studied. On the basis of the deterministic flutter analysis model of wing, the uncertainties in structural parameters are considered and described by interval numbers. By virtue of first-order Taylor series expansion, the lower and upper bound curves of the transient decay rate coefficient versus wind velocity are given. So the interval estimation of the flutter critical wind speed of wing can be obtained, which is more reasonable than the point esti- mation obtained by the deterministic flutter analysis and provides the basis for the further non-probabilistic interval reliability analysis of wing flutter. The flow chart for interval fmite element model of flutter analysis of wing is given. The proposed interval finite element model and the stochastic finite element model for wing flutter analysis are compared by the examples of a three degrees of freedom airfoil and fuselage and a 15° sweptback wing, and the results have shown the effectiveness and feasibility of the presented model. The prominent advantage of the proposed interval finite element model is that only the bounds of uncertain parameters are required, and the probabilistic distribution densities or other statistical characteristics are not needed.