弹性飞翼飞机建模方法

大展弦比无尾飞翼布局飞机的结构振动往往与刚体运动耦合在一起,而传统的刚体模型不能反映飞机的结构弹性变形。现有研究多采用基于有限元法建立的模型,变量物理意义不明确,不利于控制系统设计。文章采用两根固定于质心的悬臂梁表征飞机的结构振动特性,基于Lagrange方程,为弹性飞翼飞机建立了刚／弹性耦合的纵向运动方程,并在配平点...     

转动壳体行波振动的有限元分析方法

转动壳体由于离心力与哥氏力的影响 ,其振动频率随转速变化 ,并且同一振型对应两个不同频率的前、后行波。本文给出了用有限元法计算转动壳体的有限元公式 ,用 MSC/ NASTRAN的 DMAP语言编制了形成哥氏力矩阵与离心刚度矩阵的程序 ,并将计算结果与实验进行了对比     

基于变厚度壳单元的旋转叶片固有特性分析

针对1个扭型、变截面旋转叶片,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度壳单元来模拟真实叶片的方法建模,并与实体单元模型对静频和固有振型进行对比,验证了该建模方法的准确性;在此基础上分析了科氏力、旋转软化、离心刚化以及三者耦合对叶片动频特性的影响规律;基于壳单元动频数据,对现在常用的动频系数经验公式的适用性进行了简单评价。研究结果表明：2种模型的动频规律一致,对系统影响由大到小依次为离心刚化、旋转软化和科氏力;叶片A0振型的动频系数吻合较好,A1振型的反之     

自由阻尼梁高频能量流响应的解析模型

针对自由阻尼梁的高频振动问题,基于波动理论提出了大阻尼复合结构的能量流解析模型。利用等效复刚度方法确定了完全自由阻尼梁结构的等效弯曲刚度和损耗因子,基于能量流分析方法构建了结构的能量密度控制方程,求解了结构的高频能量流响应。分析了弯曲波在阻尼结构耦合处的能量传递特性,构建了局部自由阻尼梁的高频能量流解析模型,预测了大阻尼耦合结构的高频振动特性。数值结果表明,提出的能量流解析解与经典的时空平均波动解一致逼近,因而能够精确地预测自由阻尼梁等大阻尼复合结构的高频能量流响应。     

基于误差通道在线辨识的直升机结构振动主动控制研究

 提出一种基于误差通道在线辨识的有源控制方法,并把它应用于直升机结构振动的主动控制。针对一直升机模型与前人的方法进行了比较,并进行多输入多输出的主动控制仿真。仿真结果表明,这种控制方法明显优于前人的方法,说明这种基于误差通道在线辨识的多输入多输出的主动控制方法对直升机结构振动有很好的抑制作用。     

科氏质量流量计非线性振动特性研究(英文)

科氏质量流量计(Coriolis mass flowmeter,CMF)当测量管振动幅度较小时,一般被认为是线性系统,但CMF输出信号频谱中具有倍频成分。结合CMF传感器的数学模型,在适当简化测量管边界条件的情况下,建立了考虑非线性因素和外部激励的直管型CMF测量管运动方程,并运用Galerkin方法对运动方程进行离散处理,由离散后的结果可以看出,系统含有多组非线性影响因素成分。针对测量管的闭环谐振和标准正弦信号受迫振动,分别采用激光测振仪对其振动状态进行测量,测量结果均含有非线性因素成分,证实了非线性分析的准确性;针对测量管的不同振动幅度进行了测量精度实验,验证了测量管振动幅度越大非线性影响越严重。理论分析结果和实验结果对CMF性能的进一步提高具有指导意义。     

Higher-order vibration of thick composite and sandwich plates based on an alternative higher-order model

The transverse stretching vibration of thick sandwich plates, which is attributed to largely different stiffness at the adjacent layers, is a challenging issue, and efficient approach for such issue is less reported in the published literature. Thus, natural frequencies corresponding to stretching vibration modes are generally neglected in engineering design, which might impact structural safety as frequencies of the exciting force are close to transverse stretching vibration frequencies. This paper proposes an alternative higher-order model for dynamic analysis corresponding to the higher-order vibration modes. The proposed model is classified in the displacement-based equivalent single-layer theory, as the number of displacement parameters in the proposed model is independent of the layer number. The continuity of displacements and transverse shear stresses can be fulfilled at the interfaces between the adjacent layers of structures. To demonstrate the capability of the proposed model, typical examples are analyzed by utilizing the proposed model, the three-dimensional finite element method and the chosen higher-order models. By comparing with the exact three-dimensional elasticity solutions, it is found that the proposed model can yield more accurate natural frequencies corresponding to the higher-order displacement modes than the selected models. Moreover, the factors influencing reasonable prediction of the higher-order frequencies are investigated in detail, which can provide a reference for the accurate prediction of the higher-order frequencies.     

自由振动优化平均和模态隔离

对飞机颤振试飞等运行中的结构或机械在冲击激励下测到的高噪声多模态自由振动,提出一种优化平均方法,可以在大量抑制噪声的同时,充分突出某一感兴趣的模态。此方法基于自由振动频谱与结构频响函数在显示结构振动特性方面的“相似性”,以平均后的自由振动频谱具有最高共振峰作为自由振动平均时“初相角对齐”的优化平均判据。从优化平均自由振动频谱中,又可隔离出有更高信噪比的结构单模态自由振动来,从而使模态参数识别变得十分简单并有高精度。     

基于新型电涡流阻尼器的大飞机垂尾装配界面精加工振动抑制

大飞机垂尾装配界面是由钛合金制成的大型结构件,由于结构刚度低,在精加工时易产生振动、回弹变形和让刀等现象,对其精加工质量造成严重影响。为此,基于电磁感应原理设计了一款新型电涡流阻尼器用于抑制装配界面精加工中的多模态振动。首先,介绍了阻尼器的结构,并建立了其阻尼特性的理论模型。然后,基于该模型分别研究了不同磁极厚度、导体厚度和磁极数等对阻尼器阻尼特性的影响,并确定了阻尼器关键零组件的材料及几何参数。基于此,建立了装配界面抑制系统的动力学模型,并通过数值分析和有限元仿真方法得到了装配界面振动速度与阻尼器阻尼特性的变化规律。最后,通过动力学测试和切削实验对阻尼器的抑振性能进行了验证。锤击测试结果表明该阻尼器能明显提高装配界面抑振系统的阻尼比和等效刚度,阻尼比最大能提高2.17倍,等效刚度最大能提高1.65倍,能大幅衰减装配界面在冲击激励下产生的自由振动。切削实验结果表明该阻尼器能显著提升装配界面精加工过程的稳定性,装配界面时域信号的振动幅值最大能降低64.4%。通过对比实验结果得知双阻尼器配置对装配界面的抑振效果更好,能明显提高其动态可加工性,工艺参数轴向切深能提高至2.0 mm,主轴转速可提升至500 r/min,这为保证和提高装配界面的精加工质量提供了一种简单可行的解决方案。     

基于定量曲率模态分析的分层损伤检测研究

为研究基于振动分析的复合材料损伤定量检测方法,对含有不同长度分层损伤的复合材料梁,分别采用试验和有限元分析的方法进行静态和动态响应检测。样本分别进行了纯弯曲、剪切、自由振动和不同频率下的受迫振动试验。振动状态下的位移和加速度分布采用多普勒激光扫描振动仪测得。有限元分析采用ABAQUS6.9.1软件进行,并将分析结果与试验结果进行了对比。由此得出样本件的曲率模态响应,从而可以确定分层损伤区域的位置、大小及相关物理参数。     

失调叶片盘耦合振动的力学模型

借助于子结构模态综合法,为研究真实的失调叶片盘耦合振动问题提出了一种非常接近于实际叶片盘的力学模型和简便的理论分析方法;并通过对一个实际失调叶片盘的强迫振动试验,对力学模型、计算公式和程序进行了考核验证。结果表明,试验与计算相当吻合。     

飞机起落架结构间隙对摆振稳定性影响研究进展

起落架结构间隙作为影响飞机高速滑跑摆振稳定性的主要因素之一,决定着飞机滑跑的安全性与舒适性。本文归纳了起落架结构间隙存在形式,分析了起落架结构间隙对摆振的形成原因;详细阐述了现有起落架摆振间隙分析模型,并指出其中的局限性及今后建模方向;通过文献分析进一步总结了含间隙摆振模型求解方法,说明了不同方法的适用性;对起落架结构间隙今后的研究方向进行了展望。     

大展弦比复合材料机翼失速颤振分析

研究了大展弦比复合材料机翼在较大迎角状态下的失速颤振特性,探讨了结构几何非线性和由复合材料剪裁产生的刚度耦合效果对机翼失速颤振特性的影响.首先,将复合材料机翼建模为转角和位移均可为有限值的非线性薄壁单闭室截面Euler梁,并在综合考虑结构几何非线性、气动非线性和材料各向异性对机翼运动状态的影响的基础上,建立机翼的运动微分方程.然后,使用小扰动分析的方法得到机翼在平衡位置附近的振动方程,采用ONERA半经验的非定常失速气动力模型,获得机翼在平衡位置附近的非线性失速颤振分析方程.最后,利用谐波平衡法求解并判定机翼颤振稳定性.通过算例,首先验证了算法的正确性,然后研究了几何非线性对失速颤振的影响,并讨论不同的复合材料铺层方式导致机翼失速特性的改变.     

飞机襟翼声疲劳应力的仿真与模式识别

利用回归分析方法，建立声激励下飞机襟翼振动总加速度和总应力对总声压的仿真模型，及总应力对振动总加速度的仿真模型。通过模式识别，得到结构应力响应、结构加速度响应与总声压线性和非线性关系的界限，以及结构应力响应与加速度线性和非线性关系的界限。     

风洞模型-支撑系统涡激振动测量与分析

以0.55m×0.4m低湍流航空声学风洞某模型及其支撑系统为研究对象,采用基于加速度传感器直接测量支撑系统和热线间接测量模型尾流相结合的方法,测量并分析了风洞模型-支撑系统的涡激振动模态,给出了测量方案和数据处理方法。采用基于加速度传感器的功率谱分析方法,获得了模型-支撑系统的三阶振动频率分别为31.1、120.9和221.4Hz;采用基于加速度传感器的频域滤波和频域积分方法,提高了有效信号的信噪比,获得了模型-支撑系统振动的振型和振动节点位置;采用热线测量模型尾流分离涡脱落频率的方法,获得了模型一阶和二阶振动的尾流涡激频率分别为31.1和124.1Hz,并从测量尾流速度脉动量获得了模型振幅变化和抖振边界信息。实验结果表明,采用热线测量模型尾流从而分析模型振动的方法,有利于小尺度的模型振动测量,而且相对于加速度传感器装于模型表面的直接测量方法而言,对试验模型的绕流流场干扰较小,为测量风洞试验模型的涡激振动模态提供了一种方法。     

Parameter analysis of PAF for whole-spacecraft vibration isolation

Whole-spacecraft vibration isolation, which is implemented by modification of the existing PAF (payload attach fitting), is a direct and effective approach toward improving the dynamic environment that a spacecraft experiences during its journey to the orbit. In this paper, based on Craig–Bampton component modal synthesis and theory about modal effective mass, both the condensed model and the simplified model of the whole-spacecraft vibration isolation system are obtained. By these models, effects of the PAF's parameters, i.e. stiffness and damping, on the transmissibility from the bottom of the PAF to the bottom of the spacecraft and acceleration response of the bottom of the spacecraft are analyzed. Results show that merely increasing the damping of the PAF can effectively attenuate the peak transmissibility, decreasing the stiffness of the PAF can further improve the vibration isolation performance, and can avoid resonance with the launch vehicle by adding enough damping in the PAF. Furthermore, the natural frequency of first lateral or longitudinal mode and their peak transmissibility of the spacecraft-PAF structure can only be estimated by the modal effective mass and the residual mass rather than the rigid body mass of the spacecraft.     

整体叶盘结构失谐振动的国内外研究状况

阐述了整体叶盘结构失谐问题,包括模态、响应局部化,局部化因子,失谐叶盘结构分析模型和求解方法,重点对近10年研究的热点问题,如非线性、颤振、灵敏度、气动与结构耦合、失谐识别与预测、失谐优化、“错频”失谐、多级多部件叶盘结构耦合、科氏力、可靠性、稳健性等最新的研究成果做了详细的评述.最后提出了需进一步深入研究的问题,如建立更高效、更高精度、更具适用性的模型,真正采用试验方法对理论仿真模拟进一步地验证,气动与结构耦合以及叶冠间隙和摩擦耦合等因素对多级叶盘共同作用,科氏力产生机理,叶盘对失谐的不敏感度及稳健性等.      

结构振动可靠性设计方法研究

以传统的结构振动设计方法为基础,提出了一种进行振动可靠性设计的方法。利用应力-强度干涉理论,发展了激振力频率与结构固有频率干涉的概率模型,建立了结构振动可靠性模型,给出了导致构件损坏的强迫共振响应的概率计算公式及其使用条件。原则上,所发展的方法对其固有频率相对不太密集的构件更为适用,如涡轮机械中的叶片。      

高速转动壳体行波振动实验研究

本文对轴对称薄壁壳结构的振动特性进行了试验研究。对一圆柱薄壳在静止状态和高速旋转状态下进行了模态试验。试验结果验证了轴对称薄壁壳在转动状态下,由于科氏力的影响,同一模态在转动坐标系中,存在不同频率的前后行波。为理论计算和发生在航空发动机中转动薄壁件振动设计,提供了可靠的试验依据。     

An advanced five-unknown higher-order theory for free vibration of composite and sandwich plates

Accurate prediction of dynamic characteristics is quite critical to understand the strength of layered structures. Nevertheless, the existing five-unknown higher-order theories encounter difficulties to forecast accurately the dynamic response of sandwich structures. Therefore, a new five-unknown higher-order theory is developed for free vibration analysis of composite and sandwich plates, which possesses the same degree of freedom as those of other five-unknown higher-order theories. The developed model can meet beforehand interlaminar continuity conditions and the free-surface conditions of transverse shear stresses. To assess capability of the proposed model, analytical solution for such composite structures with simply-supported conditions has been presented by employing Hamilton’s principle, which is utilized for analysis of mechanical behaviors of composite and sandwich plates. Compared with the three-dimensional (3D) elasticity solutions, 3D finite element results and the results obtained from the chosen five-unknown higher-order models, the proposed model can yield accurately natural frequencies of composite and sandwich plates. Even for the thick plates, the higher-order frequencies calculated from the proposed model are in good agreement with the 3D finite element results. By studying effect of the thickness/length ratios on natural frequencies, it is found that the proposed model is adaptable to predicting natural frequencies of the sandwich plates with the thickness/length ratios between 1/4 and 1/100. In addition, some factors influencing accuracy of five-unknown higher-order models have been investigated in detail. Finally, by means of numerical analysis and discussion, some conclusions have been drawn as well, which can serve as a reference for other investigators.