基于线性频散信号构建的复杂航空结构Lamb波高分辨率损伤成像

在对复杂航空结构的Lamb波损伤成像中,Lamb波频散容易使信号波包发生扩展和变形,从而降低信号的分辨率,并最终影响损伤监测结果,因此Lamb波频散补偿已成为急需解决的一个重要问题。目前常用的频散补偿方法需要理论计算Lamb波频散曲线,难以适用于复杂航空结构。本文利用现场直接测得的相对波数曲线进行线性频散信号构建(Linearly-dispersive signal construction,LDSC)的频散补偿处理,解决了航空复杂结构中Lamb波频散难以补偿的问题。然后,将LDSC用于延迟叠加损伤成像中,以实现高分辨率损伤成像。为了降低多反射的复杂航空结构形式对成像结果的影响,引入了1.5波峰正弦调制的准宽带Lamb波激励波形。最后通过在真实复杂的某型飞机大梁结构上的实验证明了所提方法的有效性。     

薄板声——超声检测信号的时频分析研究

本文以兰姆波的群速度-频厚积频散曲线为基础,采用基于短时傅立叶变换的时-频分析方法,对薄板中传播的声-超声信号进行了处理分析。对厚度为2 mm薄钢板的声-超声检测实验结果证实,在声-超声检测形式下激发的超声波的主要成分是多模式的兰姆波。与现有文献中介绍的基于时间域识别的薄板声-超声信号分析方法相比,时-频分析方法不仅可以很好地识别兰姆波模式,而且可对各模式波的能量成分进行分析。     

基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别

采用将Lamb波和时频分析相结合的方法,对碳纤维增强复合材料层板结构进行在线的连续监测。首先研究Lamb波在复合材料层板结构中的传播问题,利用Mindlin板理论建立了低阶反对称Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角变化的频散关系;然后用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析,提取特征信息,测量出Lamb波在结构中实际传播的飞行时间和群速度,并与理论结果相比较;在此基础上结合理论与实际量测信息,考虑各向异性对Lamb波速度的影响,使用遗传算法确定损伤位置,并估算损伤尺寸。实验研究表明了本文方法的可应用性和有效性。     

Lamb波双面激励方法及其在近邻损伤监测中的应用

针对Lamb波的多模式和频散特性,从理论和实验两方面研究了Lamb波双面激励方法,并针对近邻损伤进行了监测研究。研究结果表明:与传统的单面激励方法相比,该激励方法能够抑制Lamb波的多模式特性,在频率较低的情况下可实现基本对称或反对称模式的产生,提高了Lamb波的激励效果,便于监测信号的分析。另外,相对于通过调节激励频率产生特定Lamb波模式的方法,该激励方法具有一定的频率可调性,能有效改善Lamb波波包的空间分辨率,增强Lamb波对多个近邻损伤的监测能力。     

温度变化下基于兰姆波的复合材料结构损伤识别(英文)

提出了一种基于兰姆波的两步识别方法,对温度变化下复合材料结构内部损伤进行监测和识别。首先采用统计偏值分析方法来判别传感器网络监测到的兰姆波信号变化是由损伤引起还是由温度变化引起,从而确定损伤是否发生。在对兰姆波进行傅里叶变换后,从统计角度定义损伤指标以考虑温度变化的影响,并采用蒙特卡罗方法计算无损状态下损伤指标的阈值。如果在运行状态下获得的损伤指标超过了阈值,则认为损伤发生。然后采用损伤存在概率成像方法融合多个激励-接收路径上的损伤指标信息生成诊断图像实现损伤位置识别。对温度变化下的加筋复合材料壁板试件进行的实验研究表明了所提出方法的有效性。     

Nodal Discontinuous Galerkin Method for Aeroacoustics and Comparison with Finite Difference Schemes

A nodal discontinuous Galerkin formulation based on Lagrange polynomials basis is used to simulate the acoustic wave propagation. Its dispersion and dissipation properties for the advection equation are investigated by utilizing an eigenvalue analysis. Two test problems of wave propagation with initial disturbance consisting of a Gaussian profile or rectangular pulse are performed. And the performance of the schemes in short, intermediate, and long waves is evaluated. Moreover, numerical results between the nodal discontinuous Galerkin method and fi- nite difference type schemes are compared, which indicate that the numerical solution obtained using nodal discon- tinuous Galerkin method with a pure central flux has obviously high frequency oscillations for initial disturbance consisting of a rectangular pulse, which is the same as those obtained using finite difference type schemes without artificial selective damping. When an upwind flux is adopted, spurious waves are eliminated effectively except for the location of discontinuities. When a limiter is used, the spurious short waves are almost completely removed. Therefore, the quality of the computed solution has improved.     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

绕平头回转体非定常空化流体动力特性研究

采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统实验研究了绕平头回转体的非定常空化流动及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕平头回转体的空穴形态,应用自编软件对图像进行处理获得了空穴尺度随时间的变化,测量了所受到阻力,并对空穴尺度和阻力信号的时域与频域进行了分析,得到了平头回转体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明:在各个空化阶段,空穴尺度及其对应的动力特征均呈现明显的非定常特性。在空化数较大时(σ=1.05～1.20),仅在回转体头部后端区域存在不稳定的空泡脉动区域,此时,由阻力系数得到的时频信号呈无规则的波动;当空化数降至0.75以下时,出现了大尺度空穴断裂与空泡团脱落现象,捕捉到了绕平头回转体空泡的非定常周期性脱落过程和典型特征频率。绕回转体阻力系数曲线随着空化数的减小波动幅度不断加大,并且空穴尺度和平头回转体所受阻力主频随之发生改变,特征频率逐渐显现,并且形态特征频率与动力特征频率存在高度的相关性。     

板内附着任意个弹性质量的两对边简支矩形板的横向振动

研究板内附着任意个弹性质量的两对边简支另两对边任意支承矩形板的横向振动特性，将弹性质量对板的作用反力视为作用于板上的未知外力，求得了含有未知反力的两对国边简支矩形板的解析解，由板另两对边的边界条件确定积分常数，利用弹属于 质量作用反力的奇异性以及附着处板横向位移与弹性质量反力的线性关系导得频率方程，结果精确的。导出了２种常见边 界条件下的频率方程，最后给出了一些算例并已有结果作比较。     

双向阶梯式矩形板的自由振动

本文采用Reisaner—Mindlin一阶剪切变形板理论，得出n级双向阶梯式矩形板自由振动系统的总位能。通过Raylcigh-Ritz法，采用粱函数作为各种边界条件下阶梯式板的位移函数，求得阶梯式板的自振频率。     

三级压缩锥导乘波体设计技术与实验分析

为了充分发挥乘波体布局作为吸气式高超声速飞行器前体的预压缩功能,基于吻切锥原理发展了一种多级压缩乘波体设计方法。通过该设计方法设计得到了三级压缩锥导乘波体。设计状态下的数值模拟结果显示,该乘波体产生的3道锥面激波按照设计预期相交于底部截面上。该三级压缩锥导乘波体的上表面采用膨胀式上表面布局设计并在底部与进气道相连,将进气道唇口取为设计条件下3道锥面激波相交的位置,由此获得了进行风洞实验的三级压缩锥导乘波体前体/进气道布局。对该型三级压缩锥导乘波体前体/进气道布局开展了数值模拟与高超声速风洞实验的对比校验,在流场波系结构方面得到了相吻合的结果,表明了设计方法的可靠性。     

矩形薄板线弹性变曲的一般解析解

基于Kirchhoff薄板理论，从板的控制微分方程出发，得到了双以前文献中的更加完全的解函数，因此能够求解更多的不同边界条件矩形板问题。本文求争三边固定一边自由矩形板和两对边固定两对边自由矩形板， 并同有限元结果可进行比较。     

面内荷载作用下混合型边界约束复合材料层合板的振动特性

本文研究一对边界为混合型约束时矩形层合薄板的振动特性问题。文中同时考虑中面荷载作用效应，给出了基于子域分解技术，单向DQ离散格式和Galerkin法的半解析算法，并通过算例讨论了混合边界构成，铺设方式和面内荷载等对板振动特性的影响。     

离散奇异卷积法结构分析

离散奇异卷积法是近几年内提出的一种新型的、具有潜力的数值计算方法.目前该法已被成功地用于结构元件的力学分析.本文介绍了离散奇异卷积法的原理,尝试用该方法分析工程结构中常用的梁、矩形板结构的弯曲、自由振动性能,并将计算结果与解析法和微分求积法的所得结果进行比较.结果表明,离散奇异卷积法是一种简单、可靠的数值计算方法.     

An Efficient Method for Local Buckling Analysis of Stiffened Panels

The local buckling of stiffened panels is one of possible failure modes and concerned by engineers in the preliminary design of lightweight structures. In practice,a simplified model,i.e.,a rectangular plate with elastically restrained along its unloaded edges,is established and the Ritz method is usually employed for solutions. To use the Ritz method,however,the loaded edges of the plate are usually assumed to be simply supported. An empirical correction factor has to be used to account for clamped loaded edges. Here,a simple and efficient method,called the quadrature element method(QEM),is presented for obtaining accurate buckling behavior of rectangular plates with any combinations of boundary conditions, including the elastically restrained conditions. Different from the conventional high order finite element method(FEM),non-uniformly distributed nodes are used,and thus the method can achieve an exponential rate of convergence. Formulations are worked out in detail. A computer program is developed. Improvement of solution accuracy can be easily achieved by changing the number of element nodes in the computer program. Several numerical examples are given. Results are compared with either existing solutions or finite element data for verifications. It is shown that high solution accuracy is achieved. In addition,the proposed method and developed computer program can allow quick analysis of local buckling of stiffened panels and thus is suitable for optimization routines in the preliminary design stage.     

边界层中TS波及其高阶谐波的演化

基于抛物化稳定性方程，研究了边界层中TS波及其高阶谐波的线性和非线性演化问题。由局部法和Landau展开式导出初始条件，并计算了扰动幅值和速度型等的演化过程和特征，特别是非线性的重要作用。探讨了初始幅值、压力梯度、扰动频率对扰动演化的影响及其规律，这与边界层的稳定性和转捩研究紧密相关。算例结果与全Navier—Stokes方程的直接数值模拟结果一致。     

风力机叶片顺风向风致振动研究

借鉴桥梁和高楼建筑上已经广泛应用的风工程方法,在考虑脉动风的随机性的条件下,从频域和时域两个角度讨论了风力机叶片极限位移的计算方法。文中采用了Shinozuka提出的谐波叠加法从脉动风功率谱得到一组脉动风的时程样本。风力机的叶片被简化为变截面梁来考虑。将选定的脉动风功率谱以及相应的里程样本作用在叶片上,运用频域和时域两套方法对叶片进行了计算和分析,得到叶片的顺风向振动的平均位移和极限位移结果。结果表明,频域和时域两套方法得到的结果基本一致。将所提出的方法用于工程应用中,分析了暴风停机状态下的叶片极限位移最不利情况。最后指出本文的方法是一般性的,可用于风力机叶片与塔架的耦合分析。     

A NEW APPROACH FOR ISAR TRANSLATIONAL MOTION COMPENSATION

ＡＮＥＷＡＰＰＲＯＡＣＨＦＯＲＩＳＡＲＴＲＡＮＳＬＡＴＩＯＮＡＬＭＯＴＩＯＮＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮＹｉｎＪｕｎ；ＺｈｕＺｈａｏｄａ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＡＡ２９ＹｕｄａｏＳｔｒｅｅｔ，Ｎａｎｊｉｎ...     

组合荷载作用下非完善层合板后屈曲分析的半解析法

本文采用经典层合板理论，研究横向荷载作用下面内受压非完善复合材料层合板的后屈曲问题。分析中将板在横向荷载作用下产生的小挠度弯曲变形和几何缺陷视为结构的初始挠度，给出了基于摄动技术、单向DQ离散格式和Galerkin法的半解数值分析方法，可方便地分析不同边界约束（简支、固支、弹性转动约束等）层合板的后屈曲性态。文中通过算例讨论了边界约束、荷载型式、纤维铺设方式等因素层合板后屈曲行为的影响。