结构非线性颤振半主动控制的理论及实验研究

对结构非线性颤振的半主动控制即“颤振驯化”方案进行了理论及实验研究。以二无非线性颤振系统为对象,分析了半主动控制的原理及带有半主动控制环节后系统的响应特性。设计了相应的颤振半主动控制的风洞实验模型,系统响应信号的监测处理、刚度调节机构的运转控制由以8031芯片为主体的单片机来完成。风洞实验取得了良好的控制效果。     

车载颤振试验可行性研究

用数值仿真和风洞试验的方法对车载颤振试验进行了可行性验证研究。制作了一个单梁式半机翼弹性模型作为试验模型,建立了其结构与气动力有限元模型。非定常气动力的计算基于偶极子格网法,并由PK法估算其颤振临界速度。在颤振风洞试验和车载颤振试验中,除了用目测颤振现象记录颤振临界速度外,还采集和分析翼尖加速度的亚临界响应信号以推算出颤振临界速度。对比数值仿真、风洞试验和车载试验得到的颤振临界速度可知,三者的结果一致,从而验证了车载颤振试验的可行性。     

活塞理论气动力静压修正方法及其在曲壁板颤振分析中的应用

提出了一种采用计算流体力学(CFD)计算的压力分布对活塞理论气动力进行静压修正的方法,将该方法应用到曲壁板的静气动弹性变形及颤振稳定性分析中,并与采用曲率修正活塞理论气动力的计算结果进行了对比.分析结果表明,采用本文提出的活塞理论气动力静压修正方法进行曲壁板的气动弹性分析,在圆柱曲壁板曲率较小的情况下,与采用曲率修正活塞理论气动力方法得到的静气动弹性变形、稳定性边界差别不大;而在曲率较大时,采用本文方法计算得到的曲壁板静气动弹性变形,其曲壁板靠近前缘部分被压的更低,而曲壁板的颤振稳定性边界更小,且这种差别随着圆柱曲壁板曲率的增加而不断增大.该方法突破了曲率修正活塞理论的小曲率限制,扩大了活塞理论气动力在曲壁板颤振分析中的适用范围.     

一种充分局部化的子结构并行分析方法

机群系统是一种低成本的松散耦合型分布式并行平台,它要求并行算法设计时遵循"分而治之"的原则,尽量降低节点任务之间的相关性。本文在FETI方法和A-FETI方法的基础上,直接从力学概念出发,提出了一种充分局部化的FETI方法。该方法在进行子域界面处理时引入三重变量:界面节点位移、界面节点力、分区框架上耦合节点位移,由此得到一组近似解耦的界面方程,使得各个子域的计算相对于经典的FETI算法更加独立。对得到的界面方程采用预处理共轭投影梯度法(PCPG)并行求解,所采用的预处理算子为局部化的集中型Dirichlet算子。分别在自建的两套4节点PC机群上进行了两组算例的验算,结果表明,本文方法具有很好的计算精度和收敛速度。并行加速比达到3.76。     

具有多阶频率与振型约束的结构动力学优化设计

本文研究了在多阶固有频率约束的情况下,通过改变结构的尺寸进行结构动力学优化,使多阶振型的节点同时满足位置要求的问题。采用尺寸优化方法,首先建立了振型节点位置与结构尺寸之间的变量关系,然后在给定的约束条件下对结构进行优化,使结构不仅满足动力约束条件,而且使结构重量达到最小。优化实例表明,采用本文的方法,能够有效地解决工程结构设计中涉及到的一类具有多阶固有频率、振型节点位置要求的结构动力学优化设计问题。     

冷却塔动态风荷载特性试验研究

首先按照动力相似设计了冷却塔弹性模型。进行了冷却塔弹性模型的地面共振试验，测量的主要模态参数为前五阶模态的频率、振型及阻尼。地面共振试验的结果可用于验证冷却塔原型振动特性计算结果，保证冷却塔模型风洞试验中弹性模型设计的准确性。试验研究了冷却塔弹性模型的风振系数，测量的主要参数为刚性模型测量点处的压力值及弹性模型对应测量点处的压力值。最后得到了模型不同位置的风振系数。     

机翼对螺旋桨发动机旋转颤振的影响研究

为了研究机翼对螺旋桨发动机旋转颤振的影响规律,揭示其影响机理,通过片条理论计算螺旋桨气动载荷,在MSC.NASTRAN软件平台上进行二次开发,对不同结构参数的吊舱-螺旋桨系统和机翼-吊舱-螺旋桨系统进行了旋转颤振分析。研究表明,机翼结构的弹性会大幅降低发动机俯仰模态频率,而小幅降低发动机偏航模态频率,从而改变两模态频率之差,影响模态耦合的程度,进而改变旋转颤振速度。另外,当发动机的运动与机翼翼面的运动耦合紧密时,机翼翼面的气动载荷能够显著提高发动机的旋转颤振速度。     

垂尾抖振主动控制的压电作动器布局优化

为了提高压电作动器垂尾抖振主动控制系统的控制性能,提出一种基于输出可控性的压电作动器优化准则。使用压电驱动载荷等效方法建立压电纤维复合材料（MFC）压电作动器力学模型,并建立了带MFC压电作动器垂尾结构模型的动力学方程。在模态可控性和模态价值理论的基础上,提出考虑剩余模态影响的压电作动器优化目标函数。针对垂尾结构的前5阶模态使用遗传算法优化得到压电作动器的布局方案,使用线性二次高斯（LQG）最优控制方法控制垂尾的抖振响应。仿真结果表明,本文优化得到的布局方案比用其他方法能更好地均衡系统的模态可控性,减小剩余模态的影响,获得更好的垂尾抖振响应控制。     

液体火箭推进系统液路固有频率计算

采用MATLAB/SIMULINK软件,基于电路法对推进系统液路固有频率进行仿真,仿真结果与采用传递矩阵法结果相接近,说明采用电路仿真法计算液体火箭推进系统固有频率是可行的。与传递矩阵法相比,电路仿真法更能精确反映各参数对推进系统液路固有频率影响关系。通过改变管路各元件布置,进而相应改变电路,最终可以实现优化推进系统固有频率的目的。     

基于遗传算法的复合材料壁板热颤振优化设计

将遗传算法与有限元分析方法结合起来,探索了以壁板颤振临界速度最大为目标,以壁板不发生热屈曲为约束条件,层合复合材料壁板铺设方式为设计变量的热颤振优化设计方法。在该方法中,通过有限元分析获取壁板的颤振速度作为适应度,同时引入一个可自动更新的数据库用于存储已求得的适应度,使得在优化过程中可以直接从数据库中读取对应的个体适应度,大大节约了优化搜索的时间。通过对矩形和正方形壁板的热颤振优化设计算例表明,该方法能在保持壁板铺层数固定的情况下有效提高壁板颤振临界速度,可应用于高速飞行器壁板热颤振的工程优化设计。