机身刚度对双体飞机颤振的影响规律分析

针对某双体飞机颤振特性复杂的问题,本文采用片条理论修正后的偶极子网格方法,建立了双体飞机非定常气动力模型,同时基于地面振动试验建立了不同机身刚度双体飞机等效梁模型。通过有限元方法,分析了机身刚度对双体飞机结构动力学的影响,同时通过求解耦合得到的频域方程,探究了机身刚度对双体飞机颤振的影响规律。研究结果表明,机身截面垂向刚度对机身一阶垂直对称弯曲模态、机身一阶垂直反对称弯曲模态与平尾滚转模态频率影响较大。机身截面垂向刚度降低到原设计刚度67%时,机身反对称弯曲模态对平尾扭转效应增强,机身一阶垂直反对称弯曲模态、平尾滚转模态与平尾一阶垂直反对称弯曲模态耦合,双体飞机在269.34 m/s时发生颤振,颤振频率为37.2 Hz。     

含支承松动故障的弹用涡扇发动机整机振动建模与机匣响应特征

针对某型弹用涡扇发动机结构特点,建立了一种转子-支承-机匣整机模型,对转子与机匣采用有限元梁模型,支承采用集总质量模型,引入支承松动故障模型,利用数值积分方法求解耦合系统的响应.基于机匣加速度信号,研究了对称刚度以及不对称刚度模型下松动故障的冲击特征分析.结果表明:①松动故障所引发的机匣加速度时域波形具有上下不对称性冲击特征以及频谱中出现倍频特征;②仿真计算结果与实际弹用涡扇发动机试车数据时域波形特征以及频谱特征非常一致,而且验证了不对称刚度松动故障模型更适合弹用涡扇发动机的松动故障建模.      

某型发动机支承松动故障机理分析与试车数据验证

针对某型弹用涡扇发动机振动超标问题,建立了一维有限元梁模型进行仿真与模拟,结合实际试车数据进行了故障分析和仿真,验证了故障原因在于工作转速内存在临界转速,在较大的不平衡力作用下,松动故障被激发。针对机匣加速度信号,研究了不对称刚度模型下松动故障的冲击特征,发现了松动故障所引发的机匣加速度时域波形特征的不对称性以及频谱中出现倍频特征,与实际弹用涡扇发动机试车数据非常一致。结果表明:振动故障是由于支承刚度不足,导致在临界转速附近出现松动故障。     

旋翼桨叶动力分析及内力计算中有限元法的改进

提高用有限元法进行桨叶动力分析、特别是动内力计算的精度是本文工作的主要目的。本文建立了变剖面旋转梁协调单元族;提出利用单元动刚度矩阵直接由节点位移计算桨叶内力（简称为计算内力的“动刚度法”）。作为例子,用所导出的不同精度的有限单元和建议的内力计算方法计算了具有不连续结构特性的变剖面桨叶弯曲振动固有频率、振型和模态内力。计算结果表明,工作可以达到预期的目的。     

一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

基于实测频响函数反推管路卡箍支承刚度与阻尼

为了有效创建航空发动机管路系统动力学模型,需要获得动载荷作用下管路卡箍支承刚度及阻尼。提出一种基于实测频响函数(FRF)反推卡箍支承刚度及阻尼的方法。确定了针对单管路双卡箍支撑系统的反推辨识流程;利用自编有限元创建了该管路系统的动力学模型,并给出了求解频响函数的方法;进一步,提出了基于灵敏度的卡箍支承刚度和阻尼反推辨识算法;以典型管路卡箍为例,用所提出的方法辨识出了该卡箍的支承刚度和阻尼。将辨识值回带到理论模型中,发现仿真及实测固有频率及相对应的频响函数偏差均小于9%,从而证明了研发的辨识方法的合理性。另外,辨识结果也表明卡箍的刚度及阻尼具有频率依赖性,且水平及竖直方向存在差异。      

某航空发动机机匣的动力学模型修正

利用动力学模型修正技术对某航空发动机机匣的有限元模型进行了修正.通过振动模态测试得到了实际机匣的模态数据用以作为有限元模型 修正的基准.利用频率对单元刚度的灵敏度分析选定了修正区域.在此基础上,应用1阶优化方法对机匣的有限元模型进行修正.研究结果表明:修正后机匣有限元模型的前10阶模态的计算值与实际测试的误差都在29%以内,可以应用在后续的发动机整机动力学分析等方面.      

Analysis of chaotic vibrations for the distributed systems in the form of the Bernoulli-Euler beams using the wavelet transform

A problem on chaotic vibrations of the Bernoulli-Euler beams is formulated. The wavelet transform was first applied to investigate the complex beam vibrations. The validity of results was provided by using two methods of solution, namely, the finite element method and finite difference method.     

Investigation of dynamics of discrete framed structures by a numerical wave-based method and an analytical homogenization approach

In this article, the analytical homogenization method of periodic discrete media (HPDM) and the numerical condensed wave finite element method (CWFEM) are employed to study the lon-gitudinal and transverse vibrations of framed structures. The valid frequency range of the HPDM is re-evaluated using the wave propagation feature identified by the CWFEM. The relative error of the wavenumber by the HPDM compared to that by the CWFEM is illustrated in functions of fre-quency and scale ratio. A parametric study on the thickness of the structure is carried out where the dispersion relation and the relative error are given for three different thicknesses. The dynamics of a finite structure such as natural frequency and forced response are also investigated using the HPDM and the CWFEM.     

Nonlinear dynamics of antennas in space communication facilities

A mathematical model of complex vibrations for the cantilever Bernoulli-Euler beam in the XOZ plane constructed by the finite difference and finite element methods and the fourth-order Runge-Kutta method is presented. We determined the critical value of the damping coefficient ɛ = 0.28, at which the system changes from the dissipative state to conservative one, using the Morlet wavelet. The results of analyzing the frequency characteristics of the system are presented.     

Vibrations of an elastic guide beam with a missile moving along it

Transverse nonstationary vibrations of a guide beam having the initial flexure are considered. An absolutely rigid missile moves under the propulsive force along this guide beam on two sliding supports. The beam displacements introduced by its vibrations are presented as an expansion with respect to the given functions according to the Ritz method. The equations of nonstationary vibration of the beam with the missile moving along it are obtained in the generalized coordinates, the expansion coefficients being chosen as them. The example is presented. Also studied is the effect of different beam and missile parameters on the beam displacement and transverse and angular velocity of the missile.     

斜削梁协调元素族及其在梁固有振动分析上的应用

本文给出了位移函数为三次、五次、七次幂多项式时斜削梁元素刚度与质量矩阵的显表达式以及计算任意奇次幂高阶斜削梁元素族刚度与质量矩阵显表达式的一般方法。然后应用高阶协调元素计算了六种线性斜削梁在悬臂支持、二端简支、二端固支等情况下的头五阶固有频率及振型。结果表明,在所有情况下,与低阶元素相比,高阶元素均显出有较好的收敛性。但若施加以力的边界条件,则在使用少量元素和梁的斜削度较大的情况下,高阶元素的结果反而不如低阶元素的结果好。     

用高阶有限元分析旋转梁的固有振动

本文给出任意阶次高精度有限元形状函数及其有关矩阵的显表达式,并用以计算均匀或分段连续变化的旋转梁的固有振动特性。结果表明,本方法在计算效率、结果精度、程序编制及使用方便性等方面均有相当的优点。     

基于声学黑洞的盒式结构全频带振动控制

声学黑洞（ABH）作为一种新型高效的波动控制技术，被广泛应用于梁板结构的振动控制中。传统声学黑洞结构存在局部强度和刚度较弱、特征尺寸较大、有效作用频率较高等问题，限制了声学黑洞技术的进一步应用和推广。针对盒式结构振动控制问题，设计了一种新型的声学黑洞阻尼（ABHD）振子。运用有限元仿真方法研究了附加ABHD振子的盒式结构的动态特性，结果表明附加声学黑洞阻尼振子的盒式结构具有高效的能量聚集和耗散能力。通过对盒式结构上下主梁中间不同位置处振子参数的优化，在不改变原有主结构强度和刚度的前提下，实现了对主梁全频带的减振效果。实验结果表明，传统盒式结构在附加多个ABHD振子后全频带的共振峰均有5~30 dB的削减，且附加振子的质量占系统总质量的7.8 %。     

An iterative approach for modal analysis of solid rocket motor incorporating frequency dependent modulus

The modulus of viscoelastic materials varies with excitation frequency.However,during modal analysis of frequency dependent materials,a material evaluation frequency is necessary because stiffness cannot be modified during eigenfrequency procedure.As a result,only those vibration modes are accurate,of which eigenfrequency is close to the material evaluation frequency.In order to obtain vibration modes of solid rocket motor (SRM) using material modulus based on frequency which is the same as the eigenfrequency,an iterative approach was proposed.Results of the iterative technique show that frequency modes obtained from the method are in complete agreement with the eigenfrequency and material evaluation frequency.      

基于细观刚度模型的缠绕复合材料结构有限元分析方法

 缠绕复合材料结构分析是缠绕复合材料力学性能研究及应用的重要基础。发展了一种缠绕复合材料结构分析有限元方法,该方法基于缠绕复合材料细观刚度模型,通过建立细观刚度场与整体结构的映射关系,将缠绕复合材料细观刚度模型引入缠绕复合材料结构有限元分析中。采用各向异性单元,几何模型与网格划分等过程不需要进行复杂的处理,单元材料属性采用细观刚度模型计算,并通过已建立的细观刚度场和整体结构的映射关系输入。建立了缠绕复合材料结构有限元分析的流程,采用MATLAB程序编写了细观刚度场计算程序,采用ANSYS提供的APDL语言开发了几何建模、分网、读入刚度矩阵等相应分析程序,最后进行了算例分析。算例结果表明,缠绕复合材料内部各层应力应变呈周期性分布,应力应变在纤维交叉和波动区域有所变化,纤维波动对局部应力具有放大作用;纤维走向的交替造成内部剪切应力的正负交替;纤维弯曲引起的局部刚度下降造成局部的应变较大。与传统的经典层合板理论或有限元方法相比,在缠绕复合材料有限元分析中,采用基于傅里叶级数的细观刚度模型,可以反映材料内部细观结构对应力应变分布的影响;同时,方法简单,便于程序实现。     

基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法

为了快速准确地计算卡箍管路系统的振动响应,提出了基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法。对卡箍直管系统进行低幅值激励的模态测试,利用试验数据对有限元模型进行修正,识别卡箍线性刚度、线性阻尼参数。对卡箍直管系统开展不同激励水平下的恒力测试,通过样条插值多项式法将恒力频响函数转换为恒位移、恒速度频响函数,并进一步识别卡箍非线性等效刚度、非线性等效阻尼,建立了考虑卡箍非线性的等效动力学模型。研究表明:该卡箍等效动力学模型的预测频响函数与试验频响函数的最大误差仅为-6.9%,可以有效地反映卡箍实际的刚度、阻尼特性,对解决卡箍管路系统的振动响应分析具有重要的指导意义。      

新型可调动力吸振器设计及参数优化

为有效抑制航天设备中由干扰源诱发的低频/超低频振动,提出了一种新型可调动力吸振器（NDVA）。该动力吸振器主要由柔性螺旋弹簧（SFS）及磁性负刚度弹簧（MNSS）组成。将所设计动力吸振器应用于振动控制时,采用平均法推导出系统在简谐激励下的稳态频响方程组及稳定性判据。基于稳定性分析,提出一种优化方法,通过简单迭代获得吸振器最优参数。最后,对提出吸振器的鲁棒稳定性进行分析。结果表明,除可实现低频振动有效抑制外,提出吸振器优越的鲁棒稳定性使得其在实际应用中能取得比线性吸振器更佳的振动控制效果。     

带单侧裂纹楔梁动力特性研究

由于裂纹存在引起构件局部柔度的变化,本文用线弹性断裂力学理论导出裂纹所释放的应变能,由Ｃａｓｔｉｇｌｉａｎｏ 定理得出局部柔度矩阵诸元素,据此来修正楔形梁的刚度矩阵,借助梁有限单元法,求解带裂纹楔形梁的动力特性,并对裂纹相对深度、裂纹位置、梁的长宽比、宽厚比、厚度斜度等几何因素对固有频率的影响进行了数值研究和相应的振动响应试验     

凸肩径向位置对风扇叶片振动特性的影响

针对带凸肩风扇叶片的动力学设计需求,研究凸肩径向位置对风扇叶片振动特性的影响规律.基于梁理论建立带凸肩风扇叶片的力学模型,采用瑞利法推导了1阶固有频率解析解,并获得了1阶固有频率随凸肩径向位置的变化规律.基于非线性接触有限元法,研究了凸肩径向位置对接触状态和振动特性的影响.研究结果表明:凸肩径向相对位置为0.75时,可使叶片具有最大的刚度值和1阶固有频率值.而综合考虑多阶模态频率时,凸肩径向相对位置为0.55至0.68时,叶片振动特性最优.凸肩接触正压力随凸肩径向位置增加而下降,切向接触刚度随凸肩径向位置的增加先增加后减小.