基于CR理论的大柔性机翼几何非线性结构建模

大柔性机翼在气动载荷的作用下,将产生显著的弹性变形,常规线弹性理论的小变形假设不再成立,需要采用能够考虑几何非线性效应的结构模型进行求解。基于CR(Co-Rotational)共旋转有限元理论,把几何非线性大变形分解为刚体的旋转和平移及局部坐标系下的弹性变形,建立了适用于大柔性机翼几何非线性变形描述的结构模型。以大柔性悬臂梁为例,采用载荷增量法,研究了集中弯矩作用下的非线性变形特征,对静力学方法进行了验证,并讨论了耦合加载几何非线性变形特征;以类"太阳神"太阳能布局无人机(UAV)为例,研究了其几何非线性大变形特性。     

均布载荷下变形受约束悬臂梁弹性大变形分析

建立了分析均布载荷作用下受约束悬臂粱的弹性大变形三阶段模型。模型的第1阶段为悬臂梁变形不受约束的阶段：第2阶段为悬臂梁自由端和其下面的约束相接触时的变形阶段，此时，在接触处有一支反力作用：第3阶段为悬臂梁和其下面的约束有一定接触范围时的变形阶段，此时在接触范围内，粱的挠度和转角是固定的。给出了各个阶段弹性大变形梁的边界条件，提出了各阶段求解梁弹性大变形的三重二分法。实例中，对于梁在各阶段的弹性大变形问题进行了分析计算，并和小变形理论的计算结果进行了比较。结果表明，在梁变形的第1阶段，小变形理论的相对误差随着初始间隙的增大而迅速增大；在梁变形的第2阶段，在给定的初始间隙范围内，小变形理论的相对误差变化不大；在梁变形的第3阶段，小变形理论的相对误差随着接触范围的增大也迅速增大。     

带后缘小翼的旋翼振动载荷计算

建立了考虑弹性桨叶、刚性小翼的旋翼气动弹性分析模型和旋翼载荷计算方法.以广义质量和广义力的形式描述小翼惯性力和气动力对系统的影响,以非定常/动态失速模型计算剖面气动力,结合基于实验数据修正的组合气动模型计算带小翼部分的剖面气动力,集成大变形桨叶模型考虑弹性变形的非线性,以力积分法计算桨叶剖面振动载荷.通过计算分析与实验结果相比较,验证了建立的气动弹性模型和载荷计算方法.结果表明:建立的桨叶结构模型精度很高,气弹模型能够准确预测旋翼的振动载荷,挥舞弯矩平均误差控制在9.1%,使用修正的小翼气动模型能有效提高小翼运动时桨叶振动载荷的计算精度.      

典型盒段结构静强度试验与分析的相关性研究

基于一模拟直机翼的悬臂盒段梁翼尖处加载的试验，考虑大变形对试验精度的影响，建立了相应的计算模型，并利用abaqus软件进行了数值计算。对试验结果进行了分析，并给出了盒段各部位的应变、挠度试验值以及计算值随载荷的变化曲线，进行了试验和分析的相关性研究。对试件考虑几何非线性响应的影响和加载方向的影响进行了详细的讨论。     

具有拉压双模量材料简支梁和悬臂梁稳定性分析

首先在迹应力分析基础上讨论了单、双模量梁在受拉和受弯共同作用下中性轴偏移的问题,分析了中性轴偏移产生的附加弯矩及其对梁挠曲线微分方程的影响。并推导出双模量简支梁的挠曲线方程。随后,利用新的挠曲线微分方程对悬臂梁稳定性进行分析,利用数值解法计算不同拉压模量下双模量悬臂梁的屈曲荷载,并通过计算结果对双模量材料的性能作出初步分析。     

两端铰支跨内受均匀横向剪力的拉伸柱梁弯曲分析

研究了两端铰支、跨内受均匀横向剪力作用的拉伸柱梁弯曲特性,根据梁的挠曲线微分方程和边界条件,推导出了柱梁的挠度和弯矩方程,分析了轴向拉力对挠度和弯矩的影响,提供了最大挠度和弯矩的近似计算公式。与理论计算结果对比表明,近似计算公式精度较高,可供工程设计使用。     

两端铰支跨内受均匀横向剪力的压缩柱梁弯曲分析

研究了两端铰支、跨内受均匀横向剪力作用的压缩柱梁弯曲特性,根据梁的挠曲线微分方程和边界条件,推导出了柱梁的挠度和弯矩方程,分析了轴向压力对挠度和弯矩的影响,提供了最大挠度和弯矩的近似计算公式。与理论计算结果对比表明,近似计算公式精度较高,可供工程设计使用。     

风扇轴高/低周复合疲劳试验方法研究及设计

为了实现风扇轴在轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷联合作用下，真实模拟试验件边界环境，且不引入额外载荷的要求下进行高/低周复合疲劳（HCF/LCF）试验.采用机械设计技术、液压技术、计算机技术和数据采集技术，提出了轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的加载方法，建立了4种载荷的控制系统和标定系统，并设计了大涵道比涡扇发动机风扇轴试验器.试验器利用计算机测控系统，通过信号提取、电液伺服阀和机械系统可同时实现轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的协调加载.结果表明:试验器高周载荷加载频率可达到9Hz，低周疲劳载荷加载精度优于±0.12%，振动扭矩载荷加载精度优于±2%，92.75%的旋转弯矩加载数据精度优于±5%，旋转弯矩误差范围为±9%.试验器具有良好的重复性和线性度.      

大展弦比大柔性机翼载荷分布求解的一种方法

大展弦比大柔性机翼在气动力作用下产生较大的弯曲和扭转变形,会引起明显的气动载荷重新分布。基于一种只具有2个广义转角自由度的梁单元模型,提出了一种大展弦比大柔性机翼载荷重新分布的新方法。该方法将大柔性机翼弯曲变形的几何非线性问题转化为线性问题,同时,基于弯曲变形结果,可在局部坐标系下进行机翼扭转变形求解,避免了整体坐标系下扭转变形的几何非线性问题。综合来看,该方法可将具有明显几何非线性效应的大展弦比大柔性机翼的载荷重新分布问题转化为线性问题,且计算量小,效率高,非常适合工程实用。通过与大柔性悬臂梁解析解的对比,验证了本文方法的正确性和有效性。     

柔性悬臂梁的振动特性与等效线性化方法的局限性

等效线性化方法是大变形柔性梁振动特性分析的一种高效近似处理方法,其成立前提是必须满足小振幅假设.传统完全非线性分析方法通常难以定量表征几何非线性效应对结构参量的影响,不利于开展定性分析,也无法满足降阶建模的需要.以大变形柔性悬臂梁为研究对象,将静态大变形对梁振动特性的影响直接等效为对截面惯性矩和质量密度分布变化的影响,构造了一种物理指示意义更加明确的等效线性化方法,并通过对比验证了该方法的有效性.为进一步讨论等效线性化方法的局限性,设计制作了一根大变形柔性悬臂梁,采用定响应幅的定频稳态激励法测量了悬臂梁在3种不同振幅水平下的频率响应函数(FRF)曲线.计算与试验结果的对比分析表明:静态大变形条件下,当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值低于10％时,结构的FRF曲线变化非常小,系统可视做线性系统,等效线性化方法的计算误差≤6％,算法有效;当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值达到20％时,测试FRF的幅值在共振点明显降低,等效线性化理论的计算结果误差偏高50％以上,等效线性化理论将不再适用;试验悬臂梁的振动非线性效应主要受阻尼的非线性特性控制.     

旋转Timoshenko梁的动力学分析

针对旋转Timoshenko梁结构,在梁的纵向、横向变形中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用,同时在横向弯曲中考虑剪切变形的影响,在柔性梁的2个变形方向上均考虑了变形的二次耦合项,并充分考虑轴向离心力、横向惯性力的作用,利用有限元方法进行离散并利用Hamilton原理建立非线性变形模式下的一种新的Timoshenko梁动力学方程。对一平面旋转梁进行仿真计算,通过分析不同情况下的频率与端点变形位移,说明耦合作用的"软化"效果,以及轴向离心力、横向惯性力对模型的影响。     

轴向预紧端齿连接转子的动力特性分析

建立了用有限元子结构模态综合法进行轴向预紧端齿连接转子动力特性分析的公式系统。重点阐述如何考虑端齿及变轴力的影响, 如何获得变轴力端齿梁元的性质矩阵和建立变轴力端齿梁元及系统的运动方程。      

Stochastic analysis of two dimensional nonlinear panels with structural damping under random excitation

Stochastic behavior of panels in supersonic flow is investigated to assess the significance of including the damping caused by the strains resulting from axial extension of the panel. The governing equations of motion are based on the Von Karman's large deflection equation and are considered with Kelvin's model of structural damping. The panel under study is two dimensional and simply supported for which the first order piston theory is used to account for the unsteady aerodynamic loading. Transformation of the governing partial differential equation to a set of ordinary differential equations is performed through the Galerkin averaging technique. The statistical response moment equations are generated for two modes using the Fokker–Planck equation with a Gaussian closure scheme. The response moments history and their steady state values are considered. Comparison with previous studies shows that the new nonlinear damping term developed through modeling has a significant effect on the response moments. This is verified through analysis of the effects of external pressure and in-plane force spectral density, air-to-structure mass ratio and structural damping ratio on the mean square value of modal amplitudes.     

三维机身起落架着陆冲击力学模型

 本文根据起落架系统的几何、运动学及动力学特性,推导出目前广泛使用的三维机身式起落架,并具有柔性支柱系统的着陆冲击力学模型。并对其初始条件、对称着陆及不对称着陆情况作了动力学分析。     

三轴承偏转喷管驱动力矩计算及动态特性分析

基于三轴承偏转喷管（3BSN）运动规律模型及给定的三轴承偏转喷管偏转规律,建立三轴承偏转喷管各段旋转喷管的驱动力矩计算模型.分别对3段旋转喷管进行了受力分析,得出了喷管重力及燃气气动力对各段喷管旋转瞬轴的力矩随喷管偏转角度的变化规律.改变喷管可实现最大偏转角度及第2,3段喷管长度得出了喷管几何参数对各段喷管旋转瞬轴力矩的影响.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的最大力矩随喷管可实现最大偏转角度的增大而增大,且位置发生在最大偏转角度的约70%角度位置.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的力矩随第2,3段喷管长度的增加而增大.     

Shape Modification by Beam Model in FEM

Shape modification and deformation play an important role in the filed of geometry modeling, computer graphics, conceptual design and so on. A novel physically based shape modification approach is presented in this article, with beam model in finite element method (FEM). By means of interactively creating a beam with circle cross section based on pre-defined local coordinate system, the primitive geometry model is embedded in the beam globally or locally. After imposing external loads, such as concentrated force or couple, on selected nodes, their displacement can be computed. Moreover, deflection, axial deformation and twist angle of beam model can also be interpolated using shape function matrix. As a result, object is modified as a part of beam. The proposed approach is linear, simple and fast, by which stretch, bending, taping and twist deformation can be accomplished. Finally, some experimental results are given to demonstrate that the presented method is potentially useful in geometry modeling and shape design.     

几种载荷同时作用下三铰拱轴线的形状优化

针对集中载荷、均布载荷以及填料重量载荷同时作用下的三铰拱结构,以高次抛物线为拱轴线方程,提出了优化拱轴线的方法,建立了以各控制截面弯矩平方和为最小的优化目标函数和约束方程。文中实例表明,通过对拱轴线的优化,可以有效地降低拱横截面上的最大弯矩,计算结果可供工程实际参考。     

机动飞行条件下双盘悬臂转子的振动特性

本文取双盘悬臂转子为分析对象 ,建立了水平盘旋和俯冲拉起两种机动飞行条件下转子振动的运动微分方程 ,并用四阶龙格库塔法进行了求解。结果表明 ,机动飞行在转子上产生的附加离心力和附加陀螺力矩将使转子产生较剧烈的瞬态振动 ;同时 ,转子的轴心轨迹中心会偏离轴线 ,使得转子产生明显的变形。因此 ,在分析转子振动特性时 ,应考虑机动飞行的影响