细长体出水动力学的实验研究及数值模拟

航行体出水过程涉及到气液两相交界,流场是非定常且高度非线性的,是一个非常复杂的过程。为了深入研究该问题,采用实验和数值模拟相结合的方法研究了细长体垂直出水过程的水动力特性。实验在二维水箱中进行,采用高速摄影仪拍摄了不同速度下细长体垂直出水流场。数值模拟采用 VOF 模型,结合动网格和 UDF 技术对相应的实验工况进行了模拟。研究了细长体水下运动过程中空泡的生长和溃灭机理,以及细长体出水时对自由液面的干扰规律。实验研究表明:(1)细长体在完全出水时刻出水速度发生突增;(2)随着细长体速度的增大,空泡产生的部位是从尾部开始,然后再在头部出现;(3)当细长体头部没有局部空泡产生的时候,细长体出水时会造成明显液面隆起现象,当细长体头部产生局部空泡后,细长体出水时,没有明显液面隆起现象,但是会产生“喷溅”现象。数值计算表明:在不产生空泡的情况下,细长体头部接近水面到完全出水的过程中,自由液面都会隆起,尾部出水时液面隆起的程度比头部出水时大。通过比较数值计算结果与实验结果,两者吻合较好。     

高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法研究

基于相似理论提出了一种高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法。以某型涡轴发动机燃气发生器转子—支承系统总体结构为研究对象,考虑结构的动力学特性相似,建立了几何尺寸参数、支承刚度的缩尺比例,使缩尺后的转子—支承系统与全尺寸的原型相比,具有临界转速成比例、转子振型保持一致的动力学特性;随后,基于该缩尺模型,指导了供实验室使用的航空发动机整机试验器转子—支承系统的结构设计;最后,建立了整机试验器转子—支承系统的"超模型"并进行仿真计算,结果验证了该相似设计方法的合理性和有效性。     

大迎角细长体头涡结构演变的非定常现象研究

细长旋成体绕流中位于尖部附近的一对头涡在迎角增至一定程度时,会表现出很强的非定常特征,而此时后体上为类卡门涡脱落区域。为了寻找这对头涡的非定常特征随迎角变化的规律,在两个风洞中分别用两个细长体模型进行测压和流动显示实验,得到了在很大迎角下旋成体头涡的脉动频率随迎角基本呈线性变化的规律,而后体上的卡门涡脱落频率则与迎角的正弦值成正比。     

地空导弹结构动力学的研究与发展

本文以国内近年在结构动力学方面的研究工作及其在设计研制中的应用为主,兼顾国际上近期的发展动向,综述在地空导弹设计领域结构动力学问题的研究和发展概况,包括在设计研制过程中计算方法和试验技术的应用以及计算和试验相结合解决实际问题的途径。对今后的发展作了展望。     

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。     

尖头细长体中小迎角流动结构的数值模拟和实验研究

利用可压缩层流Navier-Stokes方程模拟了尖头细长体中小迎角的流动结构。给出了4个迎角状态的物面流谱,分析了极限流线随迎角的发展过程;给出了25°迎角的横截面流谱,分析了它们的拓扑特征。展示了由主涡涡对、二次涡对和Tertiary涡对等三重涡组成的完整的涡系结构,强调了Tertiary涡在涡系演化中的意义,及其沿轴向发展过程中迹线的合并与分叉现象。计算与实验结果定性一致。     

先进复合材料的结构动力学设计与分析技术探讨

针对先进复合材料的力学特性,论述了进行结构动力学主动设计方法的若干特点,包括频率优化设计和响应优化设计方法.描述了复合材料的动模量特性,提出了考虑细观缺陷的动强度分析计算的思路.     

结构动力学疲劳损伤等效关系的研究

弹（箭）体结构件在飞行过程中承受振动载荷作用,不同振动量级、振动时间下的疲劳损伤等效是快速评估结构环境适应性的重要手段。本文基于Miner准则和材料S-N曲线,得到疲劳损伤等效的定量关系,对MIL—STD-810F中的相关表述进行了澄清及讨论,介绍了等效关系在加速试验及可靠性试验中的应用。     

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。     

基础简谐激励试验的结构动力学仿真研究

将基础简谐激励试验中少数测点的测量数据结合有限元模型进行结构动力学仿真,可以节省试验时间与费用,方便快速地实现对结构的监控。本文的仿真研究基于动态矩阵变换技术,将少数测量点的测量动响应时间历程数据快速傅立叶变换后在频域下应用矩阵变换计算得到有限元模型缩聚自由度动响应,通过对缩聚自由度动响应数据逆快速傅立叶变换以及缩聚转换矩阵反变换,得到了有限元模型全部自由度动响应时间历程。本文以某工程结构为例进行了仿真,仿真结果与试验结果具有较好的拟合性,验证了本文仿真技术的可行有效性。     

结构动力学若干问题的回顾

本文根据作者在工作中的体会,阐述了以下六个问题:1.正确处理精度要求同所花计算时间与费用之间的矛盾;2.关于多次交变的动强度问题;3.关于有限元素法的连续质量元;4.关于模型参数识别;5.关于颤振主动抑制问题;6.关于噪声控制问题。     

铁路隧道缓冲结构空气动力学特性的试验研究

为了研究高速列车进入隧道时在隧道内所产生的空气动力学问题，开发了一套以压缩空气作为动力来驱动列车模型的缩尺模型试验装置。通过模型试验系统对高速列车突入带开口型入口(即缓冲结构)隧道所产生的复杂压力场进行模拟，通过分析模型试验结果中的压力及压力梯度曲线所表现的规律，对该类型入口削减隧道入口处的最大压力和最大梯度值的效果进行了研究，其削减效果依赖于其各自的特征参数。最后，通过理论推导和模型试验，得到了开口型缓冲结构的最小长度的计算公式。     

液体运载火箭纵向振动结构动力学模型应用研究

在液体运载火箭结构动力学工程研制设计中,为了进行POGO分析和星箭耦合载荷仿真预示,一般需要进行运载火箭纵向结构动力学模型的建立及其纵向动力学特性计算,建模过程中重点关注环节是加注液体推进剂的贮箱的简化建模,为了克服MSC.Nastran虚质量法计算耗时长的劣势和单质量块简化模型高阶频率计算精度较差的缺点,基于文献方法进行了多质量块简化模型的推导和建立,通过算例表明,采用多质量块简化模型在保证计算精度的同时,可以大大提高计算效率。     

用于研究列车空气动力学的数据可视化系统

列车气动试验数据可视化对列车空气动力学研究很重要。由于列车气动试验数据场是基于曲面域的散乱数据场,采用数据场网格划分和基于等参变换的区域映射插值相结合的插值方法。在此基础上改进了扫描线算法,克服了传统扫描线算法求解收敛性得不到保证的不足。为了适应试验数据可视化系统对系统扩展性的要求,采用面向对象的软件工程思想编制了试验数据可视化系统,并在实践中改善系统。     

蜂窝夹层结构等效动力学建模方法对比研究

轻质蜂窝夹层板的构造较为复杂,其芯层由大量的蜂窝胞元组成,且蜂窝壁较薄,进行动力学分析时,通常需要利用等效方法对蜂窝夹层板进行简化,来建立有效的蜂窝壁板结构动力学模型,以实现高效率高精度的动特性预测。本文针对3种常用的蜂窝夹层结构动力学等效简化方法:三明治夹心板法、Hoff等刚度法和改进Allen法,采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法进行对比研究,研究了三种简化建模方法的特点和建模适用性,寻求最优的适用于蜂窝夹层结构的动力学等效建模方法。     

铆接加筋壁板结构高精度动力学建模方法研究

铆接加筋壁板结构是一种在飞行器结构中广泛应用的典型轴压承力结构形式,它具有成本低、工艺性好和承载效率高等特点。随着飞行器结构设计从传统的静态设计转变为静-动态耦合设计,建立准确高效的铆接加筋壁板结构的动力学预示模型具有重要意义。目前,此类结构的建模误差主要来源于薄壁梁结构中的倒圆角区域建模以及薄板与薄壁梁结构之间的铆接建模。本文首先针对薄壁梁结构,采用刚度和质量等效原理,建立计算精度和效率兼顾的薄壁梁结构等效动力学建模方法,并采用仿真算例验证建模方法的准确性。其次,通过对比研究建立最优的适用于铆接加筋壁板结构动力学建模的铆接等效建模方法。最后,结合提出的薄壁梁动力学建模方法和铆接等效动力学建模方法,形成高精度的铆接加筋壁板结构动力学建模方法,采用实验研究,验证了本文提出的铆接加筋壁板结构动力学建模方法的正确性和有效性。     

空空导弹模型参考变结构飞控系统设计

应用模型参考变结构最终滑态控制方案设计了某型中距拦射空空导弹变结构自动驾驶仪。理论分析证明，该方案有效地改善了系统的动态品质，并且对系统的不确定性因素具有较强的鲁棒性，数字仿真结果表明，所设计的变结构自动驾驶仪具有良好的指令跟踪性能，对于系统参数的变化不敏感。     

关节铰柔性多体系统动力学研究

针对关节铰柔性多体系统建立了Ｒ／Ｗ体系的动力学方程，并进一步推广到非树及约束型多体系统，本文采用适合描述弹性变形和进行弹性体离散的刚性连体浮动坐标系，用相对描述方法来分解部件的运动，用部件模态方法对弹性体进行离散，从达朗伯原理出发建立了Ｒ／Ｗ体系的系统动力学方程。方程对于运动的分解，部件的弹性离散以及对系统的结构描述都比较直观和简单，系统的广义坐标数目也小。方程推广到非树系统和约束系统后，采用奇异     

套索驱动柔性细长机器人视觉运动系统建模与分析

运动和感官进程之间紧密的相互作用,是生物视觉系统进行目标距离估计和观察周围环境的重要特征.为了建立适合套索驱动柔性细长机器人视觉系统模型,分析了通过生物眼球运动策略,以获得准确距离估计和环境信息的机理.此外,探讨了在摄像机系统中通过模拟生物眼球运动策略进行距离估计和周围环境观察的可能性,以及通过纯机械方式,模拟基于Listing法则眼球扫视运动的可能性.最后,提出Listing平面应是套索驱动机器人视觉测量和空间姿态控制结合点的观点.     

细长翼摇滚的气动特性

对细长翼摇滚的一组典型的滚转角随时间变化的实验数据进行参数辨识，并用改进的单自由度数学模型，计算其非线性滚转阻尼特性后表明，当机翼摇滚由小振幅逐渐发展为大振幅的平衡状态时，其阻尼导数始于某一正值，且随振幅的增加而减小，最后便趋于零。而非线性阻尼力矩的变化幅值，则是正比于角振幅的变化率，其峰值便出现在振幅变化最陡的位置。