摘要：转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明:柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因:(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失,且摩擦层界面切向剪切变形长度增大,从而减小了切向滑动和摩擦损耗.研究结果将有助于更好地理解TRUM中的动态接触特性,并指导摩擦界面的设计.

摘要：相比周期梁结构,准周期梁结构沿轴向梯度变化,具有更大的设计自由度,能够获得更好的结构性能。由于其非均质性,一般将其均匀化为具有等效性质的均质梁结构,但现有工作很少涉及准周期梁结构等效性质的计算。本文针对由周期梁结构映射而成的准周期梁结构,通过引入雅可比矩阵,基于渐近均匀化方法推导的单胞方程及其等效性质计算列式,并建立了其单胞方程及等效刚度的有限元求解列式。该方法可以处理沿轴向变形的任意微单胞构型,数值算例验证了其正确性和有效性。

摘要：双层加筋板在现代交通运输工具中被广泛应用,这类结构的声振抑制问题一直是难点。声学黑洞(ABH:Acoustic BlackHole)作为一种新型的波操纵技术,为结构振动噪声控制提供了新思路。提出将ABH应用于双层加筋板中,开发有良好机械特性,特别是能实现减振降噪的结构。设计含有ABH的双层加筋板⁃腔系统,搭建实验平台并在点载荷激励下进行效果测试。结果表明截止频率以上腔体的宽频噪声可降低1.5~8 dB。基于有限元方法建立耦合数值模型,多角度量化了系统的动力学特性,分析揭示了ABH在腔室降噪中具有增加系统阻尼和降低内壁板和声腔的耦合强度的双重物理机制。针对降噪效果欠佳的低频段,提供优化设计方案,拓宽有效频率,实现了全频带的控制。进一步验证了复杂载荷作用下ABH双层加筋板⁃腔声振系统的减噪普适性。

摘要：机翼和发动机上的积冰会对飞行安全带来严重威胁。准确测量冰‑基底界面的粘附强度对防/除冰系统的设计起着至关重要的作用。本文研究通过有限元分析(Finite element analysis,FEA)对冰‑基底界面的应力进行评估,以指导实验装置的设计,从而提高剪切粘附强度的测量精度。通过考虑剥离应力、最大冯‑诺斯应力和应力均匀性等因素,对冰的高度和半径以及加载高度进行了评估。根据仿真结果,为实验验证选择了适当的参数。仿真结果显示,通过降低加载高度和增加冰的高度,剥离应力有所下降。较高的冰层、增加加载高度和较小的冰层半径有利于提高应力均匀性。同时,为了避免裂纹产生或者冰层破碎,冰样必须满足小半径和大高度的条件。最终实验中采用的参数为冰高25 mm,半径20 mm,加载高度9 mm。有限元分析和实验验证的结果均表明,本研究能显著提高剪切粘附强度的测量精度。

摘要：为了分析起落架缓冲器油孔阻尼特性,采用格子Boltzmann方法分析油孔几何参数和工作环境参数对油液流动特性的影响,基于单参数分析结果和最小二乘法,建立并验证了阻尼力回归方程。结果表明,格子Boltzmann方法可以准确分析油孔阻尼性能。油孔长度会改变流动最小收缩截面在油孔中的位置,油孔直径在有限区间内的变化对缩流系数影响很小,后端压力增大会改善油孔流动质量。回归方程在设计区间内可以可靠的预测阻尼力大小,该方法可以被用于一般性的起落架缓冲器油孔设计中。

摘要：为了优化具有空间渐变几何特点的梯度点阵结构,促使有限材料在宏观结构中实现合理分布,提出结合动态聚类的两尺度并发拓扑优化方法。在整个优化过程中,微结构分区方式可以通过K-means聚类方法基于当前的宏观单元应变能进行聚类更新,获得比静态分区更为合理的微结构分布方式;并引入微结构转角变量,根据结构主应力方向来布置微结构转角,获得更为合理的宏观结构传力路径。数值算例表明,相较于传统指定材料区域的静态分区方法,该方法可以更为有效地进行材料分布,充分利用材料的各向异性,提升结构性能。

摘要：为实现飞机表面积冰厚度非接触式高精度测量,建立压电传感器、铝板及冰层组成的有限元仿真模型,通过机电阻抗分析法研究了飞机结冰厚度对系统谐振频率及阻抗的影响规律,获得压电传感器设计参数;搭建地面冷环境实验平台,采用阻抗分析仪测量不同结冰温度和积冰厚度作用下的系统谐振频率。结果表明:基于压电传感器的谐振探测法能够有效测量基体表面0.2~5 mm厚度的冰层,可有效测量不同温度下积冰厚度;系统谐振频率与结冰温度及基体表面结冰厚度成反比关系,而系统电阻抗与结冰厚度成正比关系。

摘要：与固定翼相比,在低速、小Reynolds数条件下,扑翼飞行具有显著的气动性能优势,受到越来越多的重视.然而,目前对扑翼翼型的研究以刚性翼型为主,对柔性翼型气动性能认识还不清楚.该文建立了柔性椭圆翼型的流固耦合仿真模型,分析了不同风速、迎角下柔性椭圆翼型的周围流场、变形以及气动性能.仿真结果表明,较刚性翼型,柔性翼型延缓了尾涡脱落时间,有效降低升力扰动振荡频率;柔性翼型显著抑制了尾流流场的扰动,降低升力扰动振荡幅值,合适的弹性模量翼型使得扰动振荡完全消除.研究结果可为软飞行器气动设计提供参考.

摘要：飞机表面在过冷水滴持续撞击下存在未冻结的液态水,液态水在气流驱动下向后发生回流。流动过程中水膜表面波动改变了液体的质量分布,进而影响结冰过程的传热特性。本文针对风速在16.5~45.5 m/s和水膜雷诺数在24.17~96.69范围内,采用了数字图像投影(Digital image projection,DIP)技术进行非侵入式测量,观测平板水膜流动中表面波在全视域内波形发展的过程。同时针对视域内的瞬时信号对波动特性进行分析,阐述了气⁃液界面波参数随风速和水膜雷诺数的变化,包括波峰高度、波峰频率、波速和波峰间距等。结果表明,表面波在水膜流动过程中呈现多种形态,风速增大会破坏原有的周期性波动加剧形态变化,流量增加会提高界面稳定性维持周期性波动。对水膜表面波动特性研究有助于揭示水膜流动过程中波形变化的物理机制,用于优化冰形预测和防冰系统设计。

摘要：功能梯度点阵结构以其轻质、高比强度/比刚度及高抗断裂韧性等诸多优越的性能受到广泛关注,由于其跨尺度及空间渐变的几何结构特点,目前功能梯度点阵结构的设计仍然是一项具有挑战性的任务.本文采用两步优化策略进行多分区功能梯度点阵结构刚度优化设计.(1)结合离散材料优化方法进行多分区离散材料优化,获得宏观均匀结构拓扑及合理的微结构分区.(2)进行空间梯度变化点阵结构参数优化,进一步扩大设计空间,获得变体分比的结构设计.相较于单一点阵微结构设计,两步优化策略可以更为有效地实现材料利用,显著提高结构刚度,且该方法适用于不同微结构构型,数值算例验证了该方法的有效性.