热噪声复合环境下飞行器结构动响应预示技术研究进展

高超声速飞行器在巡航/再入阶段经历着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,严重威胁着结构的完整性和可靠性。严酷的热环境会显著改变结构的整体和局部模态特性,出现模态跳跃和丢失;当与噪声载荷共同作用时,结构动态响应出现突弹跳变现象,表现出强非线性特征,因此热噪声复合环境下结构动响应预示面临严峻挑战。本文综述了热噪声复合环境动响应预示技术的发展过程,对比分析了目前热噪声动响应预示技术的优势与不足,对于未来高超声速飞行器、可重复使用运载器等载荷环境条件制定和结构优化设计均具有重要意义。     

喷流噪声引起的结构振动环境预示研究

箱式热发射时,发动机喷流噪声产生的振动环境多采用试验测量,环境预示手段应用较少。本文应用AutoSEA2软件对某喷流噪声产生的振动进行计算分析,并与试验结果作一比较,发现预示结果与试验结果比较相符,在型号研制初期具有一定参考价值。     

一种新的非结构动网格的生成方法

弹簧方法是一种常被采用的非结构动网格生成方法,文中采用一种新的非结构动网格生成方法即弹性体方法(Elastic solid method,ESM)。和弹簧方法相比,虽然弹性体方法的计算量大,但是可以处理大位移的情况,尤其善于处理网格扭转很厉害的情况。另外,采用弹性体方法可以减小网格重新生成的频率,从而可以减小映射误差,同时也可以减小网格重新生成带来的计算量。将两种方法的数值模拟结果进行对比,进一步表明该弹性体方法在处理动网格问题中的优势。     

转接件动特性分析与结构改进

为了对某型号试验件施加扭转方向的激力,设计加工了一个转接件.对模态试验进行简介,对不同设计的转接件进行动特性分析.通过典型算例进行了有无剪切孔转接件的对比,讨论了截面形状对转接件频率、应力、位移的影响,并提出转接件设计改进的结论.文中提出的方法和所得结论对转接件设计具有参考价值.     

一种满足结构动态特性要求的支持元件设计方法

对支持元件在结构动态特性设计中的重要性作了深入分析，提出了一种利用给定的固有频率、非完全的振型数据设计支持元件，使结构系统满足动态特性要求的支持元件设计方法。文中将支持元件的质量、刚度矩阵表示成设计变量的函数，根据要求的固有频率，已知支持情况的结构有限元模型，用简单的插值法获得了支持元件设计变量的初值；再设计过程中，为了避免振型数据不全的矛盾，采用聚缩模型的形式依据正交条件构造误差函数，用约束变尺度优化方法获得支持元件的最终设计结果。误差函数的梯度用差分法计算。最后详细给出了该方法在某型飞机机翼颤振吹风模型支持元件设计时实际应用的全过程，结果表明效果良好。     

基于多目标优化算法的导弹动力学模型修正技术

工程上对导弹的结构动特性分析是姿态控制和动载荷计算的基础,然而动特性的精确预示往往依赖于有效的导弹动力学模型的修正。结合单纯形优化算法和有限元法给出了一种基于多目标优化算法的导弹动力学模型的修正方法,模型修正后的前三阶频率和振型计算结果与试验结果均吻合较好。该方法优化过程简单,修正结果理想,是一种有效的有限元模型修正方法。     

一种基于语义的Ontology映射方法

O n to logy映射是实现异构O n to logy互操作的有效方法,目前的O n to logy映射主要采用句法方法,而很少采用语义方法。本文提出了一种基于语义的O n to logy映射方法,该方法考虑了O n to logy中的概念属性,采用概念名称相似性、概念属性集合相似性、相关概念集合相似性等确定O n to logy之间的语义映射关系;采用语义半径提高了语义映射方法的灵活性。试验分析表明:该方法得到的映射的准确率和查全率在90%以上,准确率和查全率均优于S-M atch方法。该方法已在基于知识需求的主动式知识系统原型中实现,并在某研究所得到了应用。     

单帧FFT法在正弦扫描结构动特性试验数据处理中的应用

在正弦扫描结构动特性试验中,当扫描速率过快时,传统的Hilbert法和同相正交分解法处理结果误差较大。针对上述缺点,采用了单帧FFT法,并通过单自由度理论仿真算例和试验对方法进行验证。研究表明单帧FFT法具有更好的精度,处理结果的频率和幅值受试验扫描速率影响小,且没有旁瓣效应,是一种更为有效的正弦扫描结构动特性试验数据处理方法。     

直升机双线摆式吸振器的动特性研究

双线摆式吸振器是位于直升机旋翼旋转平面内用来吸收该平面内桨毂纵、横向激振力的动力吸振器，能随旋翼转速而调谐。本文以桨毂安装多个相同的双线摆构成双线摆式吸振器为研究对象，从阻抗角度导出了机身／旋翼／双线摆式吸振器耦合系统的时域与频域运动方程，可求得在旋翼旋转平面内桨毂中心与双线摆质量块对桨毂中心外激振力的响应，并在其基础上重点研究了旋翼旋转平面内桨毂中心纵、横向所受激振力及加速度阻抗、吸振器结构设计参数和调谐等对吸振器减振性能影响的规律。本文结论对这类吸振器的设计具有指导意义。     

导弹发射车模型组合结构动力学试验与分析

本文通过对导弹发射车组合结构的动特性分析，试图探索一套针对大型复杂结构的组合结构动力学试验与分析技术。即以部件有限元动态分析和部件试验模态为基础进行部件试验／分析联合建模，在得到相对精确的部件数学模型后，以实用完备模态空间技术进行自由界面组合结构动特性分析。本文以导弹发射车组合结构为应用实例，验证了所提方法的正确性和有效性。     

战术导弹结构动力学灵敏度分析研究

研究了战术导弹的结构动力学频率灵敏度、振型灵敏度分析技术。首先,给出了结构模态灵敏度分析的理论和计算公式。然后,给出了某型导弹的结构动力学分析有限元模型。最后,分析了战术导弹各连接面刚度对全弹振动频率和振型的灵敏度。研究发现处于结构振型波峰或者波谷的中部连接面的刚度对全弹模态影响较大。该方法为模型修正和结构设计提供了参考。     

基于响应面方法的多目标有限元模型修正技术研究

研究基于响应面方法的多目标模型修正技术,并以一个实际结构为例进行修正。论述了该技术的主要步骤及其中参数选择、试验设计、响应面拟合、多目标优化和确认准则等关键技术的理论基础。设计结构并进行相关模态试验,用仿真软件MSC.Nastran建立该结构的有限元模型,然后基于该技术对模型进行修正。比较并分析试验结果与修正后仿真结果,通过两者前四阶频率与振型的比较,证明了该技术的有效性和合理性。     

运载火箭弹性频率快速预示方法

火箭在飞行过程中,姿控系统与箭体弹性振动存在耦合的可能性。因此,在火箭控制系统设计阶段,就要求火箭横向一阶频率远离刚体截止频率,以提高控制品质,避免失控。常规的频率计算方法是运用梁模型或者壳模型建立火箭的有限元模型,从而计算出箭体频率。这种方法的优点是计算方法比较成熟,但在火箭方案阶段不可避免地存在适应性和效率等问题,因此迫切需要一种算法,在满足总体要求的同时能有效解决上述问题。本项目基于细长梁理论,推导出火箭横向一阶频率与起飞重量和细长比之间的数学关系;经国内外型号数据的充分验证,并成功应用于火箭方案论证阶段火箭的横向频率预示。有效解决了方案阶段参数不明确、方案未细化的问题,仅通过起飞重量、长细比等基本参数快速估计出火箭的横向频率,既保证了准确性,又提高了效率。此方法可推广到各种型号运载火箭的总体设计。     

基于神经网络模型预测的水声对抗子母弹跌落冲击仿真

为了评估水声对抗子母弹在不同跌落冲击条件下的可靠性,应用LS-DYNA对母弹在不同跌落参数下的冲击响应进行了数值仿真研究。在有限元计算结果作为样本的条件下,运用BP神经网络模型建立了母弹跌落冲击影响参数与子弹应力峰值的非线性映射关系。结果表明:弹体各子结构在跌落高度、角度及跌落面条件下具有不同的冲击响应规律;母弹体头螺、壳体结构冲击变形较大,内部子弹冲击应力值变化幅度较小;网络模型较准确预测子弹的应力峰值,可极大地降低仿真次数,提高跌落测试效率。     

航天结构动力学模型修正方法研究

为了得到准确表征航天结构动特性的数值模型,需要有合理的建模方法、可靠的试验数据和高效的模型修正方法。本文研究了获得高精度动特性模型的系统方法,构建了建模-预试验-试验结果评估-模型修正的技术链;提出了弱连接结构的刚度模拟方法;对比了预试验技术的优缺点,得到了模态结果评估的一般策略;研究了基于智能算法的多状态模型修正技术,提出了基于静挠度和模态弯矩的模型修正方法,并综合分层修正思想,形成了单状态-多状态协同修正方法,成功应用于航天飞行器动特性模型修正。     

声振力学环境预示的FE-SEA混合方法研究

传统的有限元方法和统计能量分析能够较好地预示低频和高频的力学环境,但如果存在刚度悬殊过大的子系统时,上述方法均难以准确预示。FE-SEA混合方法兼顾了有限元与统计能量分析的优点,可针对子系统的不同特点分别应用有限元或统计能量分析技术进行建模,而后依据边界处直接场与混响场的互易性,将子系统重新整合,得出整体系统的响应。文中主要介绍了FE-SEA混合方法的基本理论,在对经典理论研究的基础上,完善了FE-SEA混合方法的功率平衡方程并得到复杂系统在各种连接状态下随机子系统间能量传输关系的完整表达式,使得该方法可适用于更为复杂的耦合系统,拓宽了其应用范围。     

基于累积损伤的结构动力可靠性研究进展

结构动力可靠性已成为大型系统结构可靠性与安全性设计所关注的焦点之一。从结构动力可靠性理论与分析、结构振动疲劳损伤累积分析两个方面,总结了国内外学者近期在理论研究与工程应用的研究进展,分析了热点研究的发展趋势。并结合航天工程特点,提出了航天飞行器结构工程领域未来应着重加强的研究方向与急需解决的技术问题,以提高我国航天飞行器结构可靠性与安全性。     

飞行器热防护结构的相似准则问题研究

高速飞行带来的气动热与热防护问题是制约高速飞行器系统提高技术水平和能力的一个主要技术瓶颈。在飞行器结构设计过程中,对飞行器结构进行考核试验必不可少。受风洞设备试验能力限制,试验模型尺寸、来流条件等与实际飞行通常存在较大差异,要在试验中完全模拟实际飞行环境、温度和应力状况无法做到。对飞行器进行缩放处理后进行模型的风洞热结构考核,并通过相似准则获得真实结构的温度/应力分布特性,为飞行器热防护设计提供支撑有着迫切需求。本文通过热传导方程和热弹性动力学方程组,对其中的模型相似参数进行讨论,并根据模型试验边界情况进行了讨论研究。提出了飞行器热防护结构地面考核试验的相似准则,并建立了不同试验类型情况下需要遵循的相似准则条件。该相似准则体系具有较大的灵活度,同时具有很高的实用价值。     

基于非定常气动模型的翼型动态响应计算

基于附着流状态下的旋翼非定常翼型气动模型,给出了计算该状态下的翼型非定常升力、阻力和俯仰力矩的数值计算方法。该方法采用半经验指数响应公式,将响应分为环量和非环量载荷部分,利用数值离散来得到非定常气动响应。应用该方法,分别进行了法向力、弦向力和俯仰力矩等的算例计算,并与可得到的试验数据进行了对比,验证了方法的有效性。同时,还对缩减频率和马赫数对法向力和俯仰力矩的影响进行了计算和分析,得出了一些结论。