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基于高斯混合模型的非高斯振动疲劳频域求解方法

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振动与冲击 2022年第16期41卷 93-99页

作者：朱帅康董龙雷官威王珺李斌潮西安交通大学航天航空学院西安710000 西安航天动力研究所西安710100

很多机械结构在工作环境下经受的随机载荷有着较强的非高斯性,按照传统的高斯假设对这些结构进行疲劳计算会带来很大误差。针对非高斯载荷下结构疲劳寿命难以预测的问题,提出了一种非高斯随机载荷下对结构进行疲劳计算的频域方法。首先... 详细信息

很多机械结构在工作环境下经受的随机载荷有着较强的非高斯性,按照传统的高斯假设对这些结构进行疲劳计算会带来很大误差。针对非高斯载荷下结构疲劳寿命难以预测的问题,提出了一种非高斯随机载荷下对结构进行疲劳计算的频域方法。首先引入高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对载荷进行描述,并使用期望最大(expectation maximization,EM)算法对模型参数进行求解,建立的模型可以准确描述单峰及多峰非高斯载荷。在此基础上结合Tovo-Benasciutti方法推导出一种多峰非高斯载荷下的频域疲劳计算方法。为了对该方法进行验证,对一个双峰分布的非高斯载荷信号进行了疲劳分析,以雨流计数法作为参考,结果表明在双峰非高斯载荷下,对多种材料,该方法与直接使用传统频域疲劳计算方法相比计算精度提升明显,验证了该方法的精确性及较广的适用性。

关键词：非高斯载荷高斯混合模型(GMM) 期望最大(EM)算法频域疲劳寿命计算

非高斯随机路面下八轮重型车辆悬架的减振控制方法研究

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机械科学与技术 2023年第10期42卷 1575-1582页

作者：韩祎董龙雷唐攀涛西安交通大学航天航空学院机械结构及强度国家重点实验室西安710049

针对非高斯随机路面条件开展了八轮重型装甲车辆悬架的减振控制策略研究。当前随机路面通常采用基于功率谱密度法的高斯信号进行表征,难以准确描述装甲车辆行驶的复杂路面工况。建立了八轮重型装甲车的整车悬架模型,实现了对起伏路面非... 详细信息

针对非高斯随机路面条件开展了八轮重型装甲车辆悬架的减振控制策略研究。当前随机路面通常采用基于功率谱密度法的高斯信号进行表征,难以准确描述装甲车辆行驶的复杂路面工况。建立了八轮重型装甲车的整车悬架模型,实现了对起伏路面非高斯性能的准确表征,提出了针对非高斯随机路面的模糊自适应悬架振动控制策略。仿真结果表明:所提出的控制策略可在装甲车所行驶的实际路面工况下对整车起到良好的减振效果,为八轮装甲车辆的减振控制奠定了理论基础。

关键词：八轮重型装甲车整车悬架模型非高斯随机路面模糊自适应

框架薄壁类结构压电分流阻尼多模态减振试验研究

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振动与冲击 2023年第16期42卷 101-109,146页

作者：刘亚宁周嘉明董龙雷刘建赵建平西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

以四边固支铝合金板(框架薄壁类结构)为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振试验研究。首先,开展扫频激励下单压电片单模态减振试验,电路最优参数试验结果与理论计算结果相互吻合,同时发现电路最优参数可在一个区间内取值,... 详细信息

以四边固支铝合金板(框架薄壁类结构)为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振试验研究。首先,开展扫频激励下单压电片单模态减振试验,电路最优参数试验结果与理论计算结果相互吻合,同时发现电路最优参数可在一个区间内取值,而不需要与理论计算值保持绝对一致,表明压电分流阻尼电路具有良好的工程实用性;然后,基于阻塞电路开展了扫频激励下多模态减振试验,通过多个压电片实现了20~2 000 Hz内振动能量下降20.2%的减振效果,同时在一些主要模态频率处峰值控制效果可达63%,试验充分验证了多压电片多模态减振的可行性;最后,在噪声载荷激励下开展了多模态电路减振试验,在20~2 000 Hz内铝合金板三个位置处加速度响应的均方根值分别降低了19.1%,18.2%,15.3%,在648 Hz处峰值分别下降了34.1%,33.3%,31.0%。试验结果表明,多模态电路在实际工程载荷条件下仍然具有一定的减振能力。

关键词：压电分流阻尼多模态振动控制阻塞电路噪声激励薄壁结构

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仪器舱舱段局域共振单元减振设计

振动与冲击 2022年第17期41卷 313-319页

作者：郭慧婷董龙雷周嘉明胡迪科赵建平西安交通大学航天航空学院西安710049 上海宇航系统工程研究所上海201109

仪器舱是运载火箭的关键结构,仪器舱的振动会影响电子设备的可靠性,因此,改善仪器舱的振动环境具有重要意义。介绍了一种螺旋型局域共振单元,并分析了其减振机理,提出将该局域共振单元应用到仪器舱减振上。以仪器舱缩比结构为对象进行... 详细信息

仪器舱是运载火箭的关键结构,仪器舱的振动会影响电子设备的可靠性,因此,改善仪器舱的振动环境具有重要意义。介绍了一种螺旋型局域共振单元,并分析了其减振机理,提出将该局域共振单元应用到仪器舱减振上。以仪器舱缩比结构为对象进行仿真方法验证,建立并修正了缩比结构的有限元模型,分析了局域共振单元对缩比模型的减振效果,结果表明在20~200 Hz内结构的振动衰减可以达到30%。对局域共振单元和缩比模型进行加工并开展声激励试验,试验结果表明振动衰减达到30%以上,与仿真分析相吻合,从而验证了仿真方法的正确性和合理性。将该方法推广到仪器舱减振分析上,仿真结果表明在20~250 Hz内该局域共振单元对仪器舱的减振可达40%。

关键词：局域共振减振仪器舱运载火箭

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水射流介入多组分喷流降噪仿真研究

应用力学学报 2022年第2期39卷 375-385页

作者：李俊刘振胡迪科党天骄董龙雷西安交通大学航天航空学院西安710049 上海宇航系统工程研究所上海201109

火箭在发射升空阶段,由喷管喷出的高超声速射流诱导产生的高量级喷流噪声,严重影响火箭结构安全性和仪器设备的可靠性,因此开展高速喷流噪声环境的预测和降噪具有重要意义。针对某型液体火箭发动机喷流,采用脱体涡模型(DES)结合输运方... 详细信息

火箭在发射升空阶段,由喷管喷出的高超声速射流诱导产生的高量级喷流噪声,严重影响火箭结构安全性和仪器设备的可靠性,因此开展高速喷流噪声环境的预测和降噪具有重要意义。针对某型液体火箭发动机喷流,采用脱体涡模型(DES)结合输运方程及离散相模型(DPM)、曲面积分的FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,建立了多组分高马赫数喷流噪声及考虑蒸发物理机制的水射流介入多组分高马赫数喷流的数值分析方法,完成了液体火箭发动机高超声速喷流流场及喷流噪声环境的预测,结果显示在测点处总声压级预测结果与试验测量结果误差在±3 dB之内。进一步设计了环形水射流喷流降噪系统,开展了考虑蒸发物理效应和复杂导流槽构型影响下的水射流介入高速喷流降噪规律研究,发现水射流对燃气射流产生剪切作用、动量交换作用以及吸热蒸发作用是实现降噪效果的重要原因,降噪效果随水射流质量流率增大单调升高,而随介入角度的增大先升后降。本研究对水射流介入系统的设计与工程实践具有重要意义。

关键词：多组分火箭喷流水射流介入降噪噪声预测介入角度质量流率数值仿真

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弹射救生火箭橇气动特性数值模拟及试验验证

弹道学报 2023年第2期35卷 96-101页

作者：解珍珍董龙雷李康胡云飞张启洞西安交通大学航天航空学院陕西西安710049 中国兵器工业试验测试研究院陕西渭南714200

针对高速运行条件下飞机弹射救生试验难题,全尺寸火箭橇试验是低风险、高费效比的研究手段。为确定气动力对弹射救生火箭橇工作状态的影响,本文建立了全尺寸双轨弹射救生火箭橇模型,在CFX平台上对比分析了k-ε、k-ω和SST这3种湍流模型... 详细信息

针对高速运行条件下飞机弹射救生试验难题,全尺寸火箭橇试验是低风险、高费效比的研究手段。为确定气动力对弹射救生火箭橇工作状态的影响,本文建立了全尺寸双轨弹射救生火箭橇模型,在CFX平台上对比分析了k-ε、k-ω和SST这3种湍流模型对数值模拟结果的影响,结果表明湍流模型对计算结果相对误差小于1.5%。基于SST湍流模型,对弹射救生火箭橇橇体和座舱两部分的气动特性进行了数值模拟。结果表明:亚音速和跨音速条件下,弹射救生火箭橇的等效阻力系数随速度的增加而单调递增,橇体和座舱阻力之比随速度增加呈现先减少后增加的规律;火箭橇橇体对弹射救生座舱舱盖的阻力、升力及压强影响均较小,两者计算误差小于16%,火箭橇流场对飞机座舱舱盖切割性能测试影响较小。在亚音速条件下开展了弹射救生火箭橇试验,实验结果与计算值吻合较好,验证了数值模拟方法的可靠性,研究结论可为飞机弹射救生试验提供思路。

关键词：弹射救生火箭橇气动特性数值模拟试验

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减振滑靴减振效能评估及试验研究

兵器装备工程学报 2023年第7期44卷 116-120页

作者：付良董龙雷赵项伟杨阳吴海西安交通大学西安710049 中国兵器工业集团有限公司中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200 海军工程大学武汉430030

针对包含减振滑靴的低过载火箭橇系统,分析了其在轨动态特性。通过平面压缩试验及振动台试验建立减振滑靴非线性数值模型,据此模型代入简化后火箭橇动力学方程中分析了包含减振滑靴火箭橇系统的在轨力学特性,并通过火箭橇试验对数值结... 详细信息

针对包含减振滑靴的低过载火箭橇系统,分析了其在轨动态特性。通过平面压缩试验及振动台试验建立减振滑靴非线性数值模型,据此模型代入简化后火箭橇动力学方程中分析了包含减振滑靴火箭橇系统的在轨力学特性,并通过火箭橇试验对数值结果加以验证。计算结果表明:减振滑靴可将冲击峰值衰减30%;结合柔性立柱组成的火箭橇多级减振系统,被试品处400 Hz低通滤波后过载均方根降低为15g,满足了导引头类等被试品对火箭橇试验在轨力学环境的低过载需求。

关键词：减振滑靴火箭橇轨道不平顺度振动

基于概率神经网络的航天结构响应映射预示方法

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航天器环境工程 2023年第4期40卷 392-399页

作者：周嘉明董龙雷赵建平丁镇军王潇屹西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 北京强度环境研究所北京100076 火箭军某部西安710407

为更好地利用地面试验数据预示飞行器在真实飞行状态下的动力学环境,考虑到复杂航天结构非线性动力学特性和响应数据中的不确定性,提出一种基于概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的响应映射预示方法。首先给出分布载荷下... 详细信息

为更好地利用地面试验数据预示飞行器在真实飞行状态下的动力学环境,考虑到复杂航天结构非线性动力学特性和响应数据中的不确定性,提出一种基于概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的响应映射预示方法。首先给出分布载荷下响应映射预示方法的理论基础,表明映射关系的建立与载荷源数目无关;然后分析引入PNN来建立映射关系的必要性,并重点介绍PNN方法进行响应预示的算法;最后利用某飞行器仪器舱噪声试验对所提方法进行验证,结果表明PNN方法在不同载荷量级、全频段均具有良好的预示精度。此外,分析了噪声激励下仪器舱结构的非线性动力学特性,结果表明PNN方法较矩阵映射法具有更加优异的预示精度。文章将确定性映射预示方法推广到概率映射预示方法,提高了映射预示方法的可信度和工程实用性。

关键词：响应映射预示概率神经网络不确定性动力学环境预示仪器舱

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基于机器学习的动力学环境预测方法

应用力学学报 2013年第1期30卷 13-18,142页

作者：闫桂荣董龙雷喻磊西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

为了研究建立同一结构在两个不同系统中振动响应之间的映射关系模型的基本问题,以两种边界条件组成的两个系统为例,从其动力学方程出发,建立了基于时域、频域描述的映射关系的力学模型。为求解两个系统的映射关系模型,引入以统计学习理... 详细信息

为了研究建立同一结构在两个不同系统中振动响应之间的映射关系模型的基本问题,以两种边界条件组成的两个系统为例,从其动力学方程出发,建立了基于时域、频域描述的映射关系的力学模型。为求解两个系统的映射关系模型,引入以统计学习理论为基础的机器学习方法——支持向量机法,借助于决策函数可以从一种边界条件预测同一结构在另一种边界条件下结构的响应,并通过实验证明了该方法的有效性。

关键词：映射关系模型动力学环境预测支持向量机