径向简谐激励下航空发动机机匣的振动分析

根据航空发动机机匣薄壁结构的几何特征,将机匣简化为一端简支一端固支的圆柱壳结构,建立了系统的动力学方程,并采用多尺度法对动力学方程进行了求解,进而研究了径向简谐激励下机匣动力学方程的零解及非零解的稳定性,并讨论了系统单模态运动发展到复合模态运动以及能量在模态之间的转移过程,最后采用数值方法研究了径向简谐激励下机匣的振动特性.结果表明:随着径向简谐激励的增加,系统表现为周期运动、倍周期运动及混沌运动交替出现.      

飞机稳态尾旋平衡点的综合求解方法研究

为求解飞机稳态尾旋平衡点,推导了飞机稳态尾旋的动力学方程,并针对该方程给出了三种求解方法:作图法、数值求解法以及在前两种方法的基础上所提出的一种综合求解方法。综合求解方法首先使用作图法得出方程的所有近似解,并用稳态尾旋判据判断解是否为稳定解,然后将稳定近似解作为数值求解法的初值进行精确求解。运用综合求解方法对算例飞机进行了稳态尾旋平衡点的计算,算法收敛迅速,结果精确,表明该方法具有很好的工程应用价值。     

粘贴压电层功能梯度材料Euler梁热屈曲前自由振动的半解析数值法

研究上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Euler梁在升温及电场作用下的振动行为。在精确考虑轴线伸长基础上,建立压电功能梯度Euler层合梁在热-电-机械载荷作用下的几何非线性动力学控制方程。其中,假设功能梯度的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,压电层为各向同性均匀材料。把问题线性化,利用打靶法,获得在均匀电场和横向非均匀升温场内两端固定和两端简支Euler梁在热屈曲前自由振动特性的半解析数值解。由于材料在横向的非均匀性,即使在均匀升温和均匀电场作用下,梁内仍然会产生拉-弯耦合效应,对梁的自振频率也有一定的影响。     

边界层横流驻定扰动稳定性问题

采用直接对稳定性方程进行数值积分的方法,计算和研究三维可压（可带边界层控制）边界层横流驻定扰动（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）稳定性问题。导出积分初始边界处用于数值计算的矩阵表达式。通过改进的正则正交化并与误差判断相结合的方法,有效地控制正交化进程,克服了稳定性方程是刚性方程在积分求解中的困难。算例分析研究了跨音速后掠翼前部横流驻定扰动稳定性变化的关键因子和主要影响因素,结果是满意的     

旋转矩形通道中粘性流动的数值模拟

通过有限差分方法（ＭＡＣ－ＡＦ１）求解时间相关的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，对旋转矩形通道中粘性流动进行了数值研究，旋转轴方向与主流方向垂直，给出了充分发展时矩形通道中的二次流结构及主流速度分布，得到的数值解与实验吻合良好。     

高空台扩压器的数值模拟

从雷诺平均的非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,利用时间相关法,采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ两步显格式,结合Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,数值模拟了高空台扩压器的内部流场,并计算了扩压器的性能。结果表明,采用求解Ｎ－Ｓ方程的方法计算高空台扩压器性能是一种有效的方法。     

一种亚音螺旋桨声场中间面快速算法

发展了一种改进的亚音螺旋桨声场中间面快速算法。通过引入薄翼假设,在时域里求解ＦｆｏｗｃｓＷｉｌｌｉａｍｓ＆Ｈａｗｋｉｎｇｓ（ＦＷ－Ｈ）方程,对处于自由空间中的亚音螺旋桨声场进行预测。数值计算结果表明,与目前广泛运用的全表面公式（ＳＦＳＭ）、旧中间面公式（ＯＭＳＭ））相比,新发展的快速近似算法（ＮＭＳＭ）所需计算时间和计算机内存约为ＳＦＳＭ方法的５０％,ＯＭＳＭ方法的５０～６０％。若与跨音消失球法（ＴＣＳＭ）相比,所需ＣＰＵ时间只有ＴＣＳＭ法的１０～１３％;而且计算结果也在工程精度允许范围内。在螺旋桨工程设计初期以及所需精度不太高的场合,该法不失为一种可靠的快速算法。     

模拟有限长涡片旋转的一种新数值模型

本文把涡格法中的超收敛性推广到自由涡片的演化问题，涡片的演化由ＢｉｒＫ－ｈｏｆｆ－Ｒｏｔｔ方程所控制，该方程具有强烈的非线性，难以用解析法求解。在数值模拟中通常离散涡方法。本研究表明对自由涡片的旋转问题在精确解和离散涡方法结果之间的误差主要来自点涡近似。使用基于超收格式的新数值模型可以显著地提高数值解的精度。     

超音速气流绕局部透气凹角流动的数值模拟

以具有压力分裂形式的简化Ｎ Ｓ方程为控制方程,数值模拟了超音速来流条件下的激波 边界层干扰被动控制（ｐａｓｓｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｈｏｃｋ ｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）。模拟是以预先给定激波前吹气和激波后吸气的流量来实现的。为了定性地确定吹气或吸气对激波 边界层干扰的影响,首先计算了单独吹气和单独吸气两种情况。数值计算时采用了多重扫描法对控制方程差分离散,以反映亚音速区压力对流场的椭圆性影响。     

翼型跨音速绕流的数值计算

本文选用精确速势方程作为翼型跨音速无粘绕流的数学模型。在变换过的直角座标中,用有限差分(亚音速区用中心差分,超音速区用旋转差分)对精确速势方程离散化。差分方程形成的代数方程组用列松弛迭代法求解。 为了计入粘性效应,利用精确速势方程和附面层动量积分方程进行联合迭代求解。这一点对超临界翼型的计算显得特别重要。 算例与其它数值解及实验作了比较,对于一般翼型和超临界翼型,本文结果是良好的。     

变厚度锥形壳的固有频率

 变厚度锥形壳体的固有频率使用有限元计算已无困难,但有限元法编制程序复杂、费时多。本文用半解析法,由锥形壳的基本方程导出等价的8个一阶微分方程,用数值积分方法得到变厚度锥形壳体的固有频率。方法简单,编程容易,计算精度已满足工程计算要求。     

Hoff型夹层板振动分析的边界积分方程法

 本文利用静力问题的基本解建立了Hoff型夹层板振动分析的边界积分方程。在数值实现过程中,边界上和区域内的未知函数均釆用线性插值以提高计算精度。数值结果表明本文方法具有未知量少和计算精度高等优点。对于低阶频率,本文结果与精确解的误差不大于1％。     

不同支承条件下弯曲振动梁的频率方程及特征值

本文推导出两端带有扭转弹簧的铰支梁的弯曲振动频率方程,并由此导出一些特殊支承条件下的梁的振动频率方程,并用数值方法计算出不同支承条件下梁的特征值,本文还通过绘制变化曲线的方法,直观地说明了特征值随梁的刚度EI,长度L和弹簧弹性系数K三个参数的变化及相互影响的情况。     

直升机尾传动系扭转振动的分析

 在简化直升机尾传动系结构的基础上,根据轴段的扭转动力学方程,用分离变量法获得轴段的扭转主振型。再根据轴段、支点的扭转动力学方程和边界条件,用振型叠加原理求得尾传动系扭转振动的精确解,并进行了扭转振动分析。提出直升机的尾传动系是多个轴段和圆盘的串联系统。给出了尾传动系扭转频响函数的变化幅值的测试方法。     

Analytical model of sound transmission through orthotropic cylindrical shells with subsonic external flow

Circular thin orthotropic shells have many applications in the aerospace industry such as aircraft, missile and launcher. An analytical study is conducted in this paper to understand the characteristic of sound transmission through an orthotropic cylindrical shell. The shell is assumed to be infinitely long and is subjected to a plane wave with uniform airflow in the external fluid medium. An exact solution is obtained by solving the first-order shear deformation and acoustic wave equations simultaneously. The transmission losses (TLs) obtained from the numerical solution are compared with those of other authors. Additionally, in comparison with the classical thin shell theory (CST), the first-order shear deformation theory (FSDT) calculates with the best degree of accuracy. Numerical results are used to show the effects of fiber direction, geometrical properties, Mach number and material properties.     

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。     

矩形薄板在不同边界条件下的固有振动分析

研究了在弹性支撑和弹性嵌固边界条件下,弹性矩形薄板固有振动特性的变化规律。利用单项梁函数组合法推导出矩形薄板在2种边界条件下的振型和固有频率的计算公式,应用此公式计算出弹簧系数的变化和薄板固有频率等特征的变化趋势,为分析实际悬臂板类结构振动的特征打下基础。     

转动薄壁圆柱筒振动特性:有限元法与解析解的对比

采用解析法和有限元法,研究了科氏力和离心刚化效应对不同约束条件下转动薄壁圆柱筒结构振动特性的影响,并进行了对比分析.结果表明,与解析解相比,有限元法计算得到的静止状态薄壁圆柱筒结构固有频率因边界条件不同而存在不同的差异,其中两端简支边界条件下与解析解吻合较好.随转速增加,前后行波频率差值加大,曲线明显分离,而这种分离趋势随周向波数的增大而减小.由于离心刚化效应的存在,相比于只考虑科氏力的影响,转动薄壁圆柱筒的行波频率有增大的趋势,并且当转速和周向波数较大时,前后行波频率均会大于对应的静频率.      

附加约束阻尼层后梁的振动分析

研究附加约束阻尼后梁的振动分析。在引入的位移模式中考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应,据此推导了附加阻尼层后梁的运动方程和边界条件。通过对简支状态时梁的固有振动分析,讨论了其振动特点。同时给出了等效复刚度公式,它比原有的公式具有更高的计算精度     

Multi-objective optimization of frequency and damping of vertical stabilizer skin structure placed with variable-angle tows

The vibration characteristics of composite vertical stabilizer skin structures play a critical role in damping effects designed for overcoming the air disturbances experienced by aircraft structural components during flight. The first-order fundamental frequencies and their corresponding damping characteristics of the vertical stabilizer skin structure tow-steered by automatic fiber placement technique were optimized with the parameterized trajectories and plies as design variables. Firstly, the vibration and damping numerical models were derived based on Kirchhoff laminate theory, the Rayleigh-Ritz method, and the Strain Energy Method. Then the optimization model was developed by adopting the self-adaptive Differential Evolution Multi-objective optimization algorithm and incorporating the solution method of Pareto Front. The constraints of this optimization model considered the experimentally obtained minimum turning radius of prepregs tow-steered in automatic fiber placement process obtained from experimental tests. Finally, the comparison of numerical simulation results was conducted for the optimized trajectories and the conventional straight trajectories under various boundary conditions, and the numerical results were partially validated through damping and frequency tests. The results indicate the vibration characteristics of the composite vertical stabilizer skin structure can be enhanced to a large extent by optimizing fiber trajectories, and the enhancement percentage is affected by the boundary conditions of the actual structure.