摘要：研究铺设形状记忆合金(Shape MemoryAlloy,SMA)丝的复合材料壁板的颤振行为。采用Von-Karman大变形理论描述壁板位移-应变的非线性关系,用三阶非线性活塞理论来表示气动载荷。根据一维Brinson模型,对SMA丝的热力学行为进行模拟。利用Hamilton原理,推导出SMA复合材料壁板的非线性偏微分运动方程组。通过Galerkin法对偏微分方程组进行离散,得到壁板的常微分运动方程组。对传统复合材料壁板和SMA复合材料壁板的临界颤振动压进行对比,并详细分析SMA丝的温度、体积分数和预应变对壁板稳定性边界和极限环振幅的影响。数值结果表明:铺设SMA丝可以显著提高壁板的气动弹性稳定性;增大SMA丝的体积分数和预应变、加热SMA丝有助于增强对壁板颤振的抑制效果。

摘要：研究了气流偏角变化条件下,复合材料壁板颤振分析及其优化设计问题。采用考虑气流偏角影响的一阶活塞理论和Von-Karman大变形理论建立了复合材料壁板颤振方程。通过模拟退火优化方法,对不同气流偏角下的壁板颤振速度进行了计算。以偏航壁板颤振速度为目标函数进行了壁板结构的优化设计。分析结果表明:采用所提出的偏航壁板颤振速度,能更好地分析复合材料壁板在机动飞行时的稳定性;通过铺层方式优化设计,能明显提高偏航壁板颤振速度,并较好地解决现有壁板颤振优化设计带来的最优铺层方式的选择问题。给出的算例验证了方法的有效性。

摘要：研究了考虑热效应的不同气流偏角下的壁板颤振问题及其多目标优化设计。采用考虑气流偏角影响的一阶活塞气动力、Von-Karmon大变形理论和准定常热应力理论建立了复合材料壁板热颤振方程。利用模拟退火算法,对不同温度场下的偏航壁板颤振速度进行计算。以偏航壁板热颤振速度和壁板重量为多目标函数,在不发生热屈曲的条件下进行优化设计。结果显示:温升使偏航壁板颤振发生"跳跃"现象,对应的气流偏角发生变化;当壁板热颤振模态不变时,偏航壁板颤振速度随温升呈下降趋势,两者呈线性关系;而当热颤振模态发生变化,即偏航壁板颤振发生"跳跃"现象时,偏航壁板颤振速度随温升先升高而后降低,两者呈非线性关系;Pareto解对应的多目标函数之间呈线性关系。

摘要：为了简化Euler方程求解壁板颤振问题,将近似边界条件成功地推广到CBS(characteristicbased split)有限元方法求解壁板颤振领域,把运动壁面的影响转化为Euler方程的边界条件,避免了对动网格的处理.通过对近似边界方法、动网格方法以及3阶活塞理论的数值模拟结果进行对比发现:首先,加载近似边界的CBS有限元方法操作非常简便,且模拟结果与动网格方法完全吻合;其次,Euler方程可以准确捕捉到壁板前后两端不光滑尖点所引起的压力突跳,而3阶活塞理论则无法做到;最后,采用近似边界的CBS有限元方法在求解无黏可压缩流动中细长体小变形的流-固耦合问题上具有潜力和优势.

摘要：壁板颤振是壁板结构在高速气流中产生的一种自激振动,在超声速和高超声速飞行器上特别容易发生这种现象。壁板颤振引发的非线性振动将对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响。随着高速飞行器设计中各项研究工作的开展,壁板颤振问题受到了到越来越多的重视。本文阐述了目前国内外学者在高速飞行器壁板颤振分析领域的研究现状及壁板颤振研究中常用的六种分析模型,并根据壁板颤振分析中使用的结构理论和气动力理论,详述了这种分类的依据。文中还介绍了温度、气流偏角、壁板几何尺寸及边界条件对壁板颤振的影响规律和目前常用于分析壁板颤振问题的频域和时域方法,总结了各种分析方法的优缺点。最后归纳了目前在高速飞行器壁板颤振研究中得出的几个重要结论,提出了今后在高速飞行器壁板颤振研究中需要解决的若干问题。

摘要：针对高超声速气流中的复合材料壁板颤振问题,根据Hamilton原理,利用von Karman大变形应变——位移关系、三阶气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了壁板结构颤振的气动弹性力学模型,使用Bogner-Fox-Schmit单元推导出考虑热效应的复合材料板颤振的非线性有限元方程。应用数值积分的方法在时域内求解方程,确定出壁板颤振的临界动压,并分析复合材料壁板的非线性颤振特性。数值模拟的结果表明,在高超声速气流中气动力的非线性项和热载荷对壁板颤振的振动幅值的影响较明显。这将为高超声速飞行器壁板结构的设计奠定基础。

摘要：壁板颤振是发生在高速飞行器上的一种典型的超音速气动弹性现象。在超音速飞行器的设计中,由于气动加热效应相当剧烈,考虑热效应的壁板颤振问题成为一个不可忽视的气动弹性问题。文中采用vonKarman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论以及准定常热应力理论建立了考虑热效应的复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型。使用计及壁板横向剪切效应的三结点三角形Mindlin板单元(MIN3单元)推导出考虑热效应的颤振有限元方程,并给出了在频域和时域求解其颤振方程的方法。分别对一个矩形复合材料壁板和梯形复合材料壁板,计算出壁板的颤振边界并分析了温度对壁板颤振边界的影响规律。

摘要：简要介绍了壁板颤振的基本概念和计算理论，并对一个典型的檗板颤振故障－某系列飞机的方向舵蒙皮裂纹问题进行了分析，在综合采取各项措施的基础上，用壁板颤振理论对方向舵蒙皮进行了计算分析，比较好地解决了方向舵蒙皮裂纹这一严重影响某系列飞机正常飞行使用的外场故障，并在多年的飞行使用中得到了成功的验证，文章最后给出了几点结论和建议。

摘要：采用流-固耦合算法研究了曲壁板在跨/超声速气流下的气动弹性特征。首先,给出了曲壁板的Von Kármán几何大变形运动方程,并对其进行了标准有限元离散。然后,简述了流动的控制方程、数值解法、动网格和流-固耦合方式。最后,对曲壁板的气动弹性响应进行了数值模拟和分析。结果表明弯曲造成壁板的初始气动载荷非零,使得其与平壁板的气动弹性特征大相径庭:稳定的曲壁板存在静气动弹性变形;马赫数为2时,曲壁板失稳后,其颤振负向峰值远大于正向峰值,且弯曲高度的增大会诱发混沌型的振动;马赫数为0.8和0.9时,曲壁板仅会发生正向变形;马赫数为1.2时,失稳后曲壁板的颤振中心偏向了负方向。所得结果为高速飞行器的壁板设计和颤振抑制提供了依据,所提算法可推广应用于其它气动弹性问题的数值分析。

摘要：对高超声速流中带有热防护系统(TPS)的二维壁板进行了热气动弹性的双向耦合建模与分析,采用三阶活塞理论计算气动力,通过参考焓法获得气动热流,在有限差分法的基础上进行结构热传导计算,拟合了结构材料特性随温度退化的曲线,最后将气动热模块、气动弹性模块进行双向耦合以考虑气动热与结构形变之间的相互反馈,并在2种典型弹道状态下进行热气动弹性响应分析。结果表明,在X-34A的设计弹道下,双向耦合分析会引起更加剧烈的热应力与热弯矩的变化与较长的瞬态混沌过程。在FALCON弹道下,双向耦合得到的结果加热更为剧烈,而温度下降的过程也更快。对比2种弹道发现,长时间的高超声速飞行更容易引发颤振,而机动性较强的弹道面临的主要问题则是屈曲,需要考虑材料的应力及强度特性。同时说明了双向耦合策略对于现代飞行器在弹道状态下工作的热气弹响应分析的必要性。