轴向流中圆柱体的非线性动力学分析

通过引入流体摩擦力的二次阻尼项，推导出了轴向流中两端简支圆柱体的新的运动微分方程。对添加二次阻尼项的运动微分方程进行了无量纲化和Ritz-Galerkin离散。通过数值模拟，对两端铰支圆柱体的稳定性进行了系统的分析，并得出颤振发生的临界流速条件。     

两端支承输流管道内共振条件分析

讨论了两端支承输流管道发生内共振的条件.考虑管道变形的非线性因素,建立了两端简支的输流管道,当简支端简谐运动时的非线性运动方程.通过对其线性部分系数矩阵的分析,发现系统发生几种内共振时流速uo与质量比mi的关系.从理论上解释了流速诱发两端支承输流管道内共振的机理.     

简谐激励下输流管道的非线性运动方程

本文推导了两端受扭转弹簧约束的简支输流管道在其支承简谐运动激励下的运动微分方程，并利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对其进行离散化处理。另外，针对于扭转弹簧刚度的两种极限情形①Ｋ１＝０，Ｋ２＝０（两端简支）和②Ｋ１→∞，Ｋ２→∞（两端固定）进行了讨论，还将运动方程进行了简化。     

基于CFD/CSD时域耦合方法的多通道叶栅颤振分析

为了对叶轮机多通道叶栅颤振进行研究分析,基于时域计算流体力学(CFD)方法,耦合简化的结构动力学方程,运用杂交的线性多步方法实现了对多通道叶栅的时域耦合颤振仿真.该耦合方法通过分析叶片的动力响应特性,获得叶栅的气动弹性稳定性特征.以标准叶栅颤振模型——STCF4 (Standard Test Configuration 4)为算例,计算结果表明该耦合方法与经典非耦合方法在对失稳区域的预测结果吻合得很好,证实了该耦合方法的正确性.运用该耦合方法计算了不同通道数下的自由响应,对比发现真实的叶轮机颤振与外流机翼颤振失稳的不同之处在于叶轮机叶排颤振失稳在很大程度上是一个多模态同时失稳问题;且由于出现不稳定的分支频率和阻尼都接近,叶片的时域响应会出现典型的葫芦节型发散.     

大后掠翼前缘涡对其颤振特性的影响

大迎角三角翼的前缘涡不仅可以改善其气动力特性,也会显著影响机翼的气动弹性特性.运用基于Euler方程的非定常气动力降阶模型(ROM)方法,耦合结构运动方程,在状态空间内建立了气动弹性分析模型,研究了70°削尖三角翼的大迎角颤振特性.研究结果显示前缘涡对该机翼颤振特性的影响不可忽略.颤振速度随迎角的增加而大幅降低,迎角α=20°时的颤振速度比α=0°时降低了22%.发现了颤振特性随迎角变化时出现的不连续现象,并揭示了该现象是由于系统颤振分支随着静态迎角的增加发生转移所致.     

轴向流中悬臂圆柱体稳定性的实验研究

用实验方法研究了悬臂圆柱体在轴向流作用下的屈曲问题.对实验管道在几种不同的平均流速下做了多次重复实验,获得了第一振型屈曲参数相关实验数据.实验结果表明:当平均流速达到一定值时,悬臂圆柱体会发生第一阶屈曲；流速越大,发生屈曲变形也越大；继续增大流速时,发生颤振失稳；当流速小于一定值时,不发生屈曲.实验结果与理论分析结果基本一致.对可能引起定量误差的原因进行了较详细的分析.     

采用近似边界求解壁板颤振的CBS有限元算法

为了简化Euler方程求解壁板颤振问题,将近似边界条件成功地推广到CBS(characteristic-based split)有限元方法求解壁板颤振领域,把运动壁面的影响转化为Euler方程的边界条件,避免了对动网格的处理.通过对近似边界方法、动网格方法以及3阶活塞理论的数值模拟结果进行对比发现:首先,加载近似边界的CBS有限元方法操作非常简便,且模拟结果与动网格方法完全吻合;其次,Euler方程可以准确捕捉到壁板前后两端不光滑尖点所引起的压力突跳,而3阶活塞理论则无法做到;最后,采用近似边界的CBS有限元方法在求解无黏可压缩流动中细长体小变形的流-固耦合问题上具有潜力和优势.      

大后掠翼前缘涡对其颤振特性的影响

大迎角三角翼的前缘涡不仅可以改善其气动力特性,也会显著影响机翼的气动弹性特性。运用基于Euler方程的非定常气动力降阶模型（ROM）方法,耦合结构运动方程,在状态空间内建立了气动弹性分析模型,研究了70°削尖三角翼的大迎角颤振特性。研究结果显示前缘涡对该机翼颤振特性的影响不可忽略。颤振速度随迎角的增加而大幅降低,迎角α=20°时的颤振速度比α=0°时降低了22％。发现了颤振特性随迎角变化时出现的不连续现象,并揭示了该现象是由于系统颤振分支随着静态迎角的增加发生转移所致。     

H型截面细长杆件颤振稳定性试验研究

通过节段模型与气弹模型风洞试验,研究了不同腹板开孔率的H型细长结构的风致颤振失稳特性.试验中H型杆件的腹板与翼板宽的比值为2.4,试验研究均在均匀流中进行,来流风为横桥向时定义为0°风偏角.节段试验研究发现,腹板开孔的细长H型截面杆件在20°风偏角附近较低风速下即可发生扭转颤振失稳,发生扭转颤振失稳的风偏角区间受腹板开孔大小影响明显.腹板开孔率38%的模型在0°附近及10°＜β＜30°偏角区间存在扭转颤振失稳,开孔率27%的模型颤振失稳区间为10°＜β＜30°,而14%开孔率的模型颤振失稳区间仅为15°＜β＜25°.腹板无开孔的模型在0°≤β＜10°偏角内较低风速下即可发生弯曲驰振,风偏角增大后,个别偏角下会发生扭弯颤振.腹板开孔为14%与27%的模型试验中没有观测到弯曲驰振现象,而开孔率为38%的模型在80°≤β≤90°偏角内可发生弯曲驰振,可见适度的腹板开孔可有效改善细长H型截面杆件的弯曲驰振稳定性.开孔率为27%的气弹模型试验验证了节段模型扭转颤振失稳及驰振稳定性的结果.     

两种跨声速气动弹性问题分析研究

在非结构运动网格基础上,采用中心有限体积法进行空间离散和双时间方法进行时间推进求解非定常欧拉方程.通过与气动力方程的联立求解,在时域内用四步龙格-库塔方法求解结构运动方程.分析和研究了二维嗡鸣和三维机翼颤振这两种跨声速非线性气动弹性问题.二维嗡鸣问题的研究考虑了翼面-舵面系统的缝隙间网格运动、缝隙对嗡鸣的影响和扰流片对嗡鸣的抑制.耦合多自由度Lagrange结构运动方程数值模拟了三维机翼的颤振问题.通过跨声速标模算例AGARD445.6机翼的颤振计算,计算的颤振临界速度与实验值有5%左右的误差,验证本方法的正确性.由于本方法是在对外形具有良好普适性的非结构动网格基础上完成的,具有良好的工程实践价值.