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近空间飞行器再入段载荷特性分析

飞行力学 2013年第5期31卷 443-446,454页

作者：陈红永陈海波中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

针对近空间飞行器再入段载荷问题,考虑地球曲率和自转的影响,建立飞行器六自由度动力学模型和载荷模型,进行飞行器载荷特性研究。分析了开环状态下飞行器的载荷构成,以及在大飞行包线内飞行器载荷的变化规律;考察了质量变化以及舵面控... 详细信息

针对近空间飞行器再入段载荷问题,考虑地球曲率和自转的影响,建立飞行器六自由度动力学模型和载荷模型,进行飞行器载荷特性研究。分析了开环状态下飞行器的载荷构成,以及在大飞行包线内飞行器载荷的变化规律;考察了质量变化以及舵面控制状态下舵偏速度、最大舵偏角等因素对飞行器载荷特性的影响。研究结果表明,再入高超声速飞行器的过载分析必须考虑地球曲率和自转的影响,飞行器的过载对高度、速度和最大舵偏角敏感性强;采用重心过载在机体低速转动时可以表征飞行器全局过载,飞行器质量变化及相应的重心偏移对飞行器载荷有一定影响;不同舵偏模式及速度、角度对于整体载荷有较大影响。

关键词：近空间飞行器六自由度动力学模型载荷模型舵面控制

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轴向受压运动梁横向振动特性的数值分析

振动与冲击 2014年第24期33卷 101-105页

作者：陈红永陈海波张培强中国科学技术大学近代力学系、中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230026

针对Galerkin截断法在计算轴向受载运动梁的固有特性时,低阶频率误差较大的问题,通过引入轴向力作用对试函数进行改进,分析了两端固支和固支-自由边界条件下的Timoshenko运动梁在轴向压力作用下振动特性。结果表明:分析轴向受压运动梁... 详细信息

针对Galerkin截断法在计算轴向受载运动梁的固有特性时,低阶频率误差较大的问题,通过引入轴向力作用对试函数进行改进,分析了两端固支和固支-自由边界条件下的Timoshenko运动梁在轴向压力作用下振动特性。结果表明:分析轴向受压运动梁的低阶弹性振动时,轴向力作用不可忽略;改进方法在轴向载荷较大时计算低阶频率有较大改进,而且对于不同边界条件有很好的适应性;轴向压力和运动效应的共同作用更易引起梁的失稳状态。

关键词： Galerkin法轴向受压轴向运动梁振动特性

一端简支、任意位置支撑长轴转子系统优化设计与后屈曲分析

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机械强度 2018年第1期40卷 15-19页

作者：肖世富陈红永牛红攀中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621999

应用广义Hamilton变分原理,建立了一端简支-任意位置支撑长轴转子系统的非线性模型;取低阶多项式匹配边界和约束条件构造Ritz基,分析获得了系统临界转速、致稳支撑的最优配置位置,应用有限元方法对致稳优化位置及分叉形态进行了验证;在... 详细信息

应用广义Hamilton变分原理,建立了一端简支-任意位置支撑长轴转子系统的非线性模型;取低阶多项式匹配边界和约束条件构造Ritz基,分析获得了系统临界转速、致稳支撑的最优配置位置,应用有限元方法对致稳优化位置及分叉形态进行了验证;在此基础上,分析获得了转子系统跨越临界转速时的分岔模式和后屈曲解。研究表明,单边简支转子系统致稳支撑宜配置在距简支边长度约73%处;且转速跨越临界转速时,系统原平衡位置将失去稳定性,转子挠度和轴向位移分别发生叉式分岔和跨临界分岔到新的平衡位置。研究结果对于指导长轴转子系统支撑位置优化设计和了解系统超临界运行时的几何非线性效应提供了理论基础。

关键词：转子系统致稳支撑优化几何非线性效应临界转速分岔后屈曲

基于分区加速和总体共轭梯度法的耦合界面数据传递问题研究

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计算力学学报 2015年第2期32卷 280-286页

作者：王计真陈海波陈红永中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室合肥230027

对于耦合动力学问题的分析过程,在界面上需频繁进行数据交换。为此,基于紧支径向基函数和多项式基函数推导了界面数据传递的插值算法,给出了传递矩阵的具体形式。通过分析时间复杂度,找出该算法在大节点量时效率不高的原因在于径向基矩... 详细信息

对于耦合动力学问题的分析过程,在界面上需频繁进行数据交换。为此,基于紧支径向基函数和多项式基函数推导了界面数据传递的插值算法,给出了传递矩阵的具体形式。通过分析时间复杂度,找出该算法在大节点量时效率不高的原因在于径向基矩阵的构造和传递矩阵的计算。为加快径向基矩阵的构造速度,提出分区加速处理以提高相关节点的搜索效率;为避免传递矩阵求解过程中的求逆运算,将其转化为多右端项的大型稀疏对称线性方程组问题,引入多右端项的总体共轭梯度迭代方法求解,并讨论了初始估计矩阵的选取方法。数值算例结果表明,结合使用分区加速原理和总体共轭梯度迭代方法,可在不损失插值精度的前提下显著提高求解效率。

关键词：数据传递耦合动力学紧支径向基函数分区加速总体共轭梯度迭代方法

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绕轴线自转悬臂梁的局部限制失稳分析

应用数学和力学 2016年第2期37卷 138-148页

作者：肖世富陈红永牛红攀中国工程物理研究院总体工程研究所

建立了任意位置限位器约束下绕轴线自转悬臂梁的非线性模型.采用Ritz法分析系统的稳定性,获得了限位器无摩擦情形下系统的限制失稳临界值、分岔模式、后屈曲解以及致稳限位器的最佳配置位置.采用有限元法对失稳临界值与致稳限位器的优... 详细信息

建立了任意位置限位器约束下绕轴线自转悬臂梁的非线性模型.采用Ritz法分析系统的稳定性,获得了限位器无摩擦情形下系统的限制失稳临界值、分岔模式、后屈曲解以及致稳限位器的最佳配置位置.采用有限元法对失稳临界值与致稳限位器的优化位置进行了验证,获得了一致的结果.进一步分析了限位器夹紧力和支撑力摩擦效应对系统稳定性的影响规律,获得了有益的认识.研究表明,在限位器约束下,绕轴线自转悬臂梁存在临界转速,当转速超过临界值时,梁的零挠度平衡位置将发生叉式分岔而失去稳定性;限位器夹紧力摩擦效应将使失稳后的系统在转速回复时出现明显的滞后效应,以比失稳临界值更低的转速回到原平衡位置;绕轴线自转悬臂梁系统致稳限位器的最优配置位置在梁长距固支端的78%左右等.这些成果对提升绕轴线自转悬臂梁的局部限制失稳性能的认识和指导限位器的配置具有实际意义.

关键词：限制失稳 Ritz法叉式分岔后屈曲滞后效应优化

基于大规模并行的高超声速飞行器动力学特性仿真

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系统仿真学报 2015年第8期27卷 1715-1720页

作者：陈红永范宣华王柯颖方叶肖世富中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

基于隐式重启动Krylov-Schur和Jacobi-Davidson两种算法和PANDA并行计算框架,构建了大规模模态分析及基础随机振动响应并行计算体系;将并行求解体系应用于对典型乘波体外形高超声速飞行器模型及动力学特性仿真,计算规模达到1 400 W自由... 详细信息

基于隐式重启动Krylov-Schur和Jacobi-Davidson两种算法和PANDA并行计算框架,构建了大规模模态分析及基础随机振动响应并行计算体系;将并行求解体系应用于对典型乘波体外形高超声速飞行器模型及动力学特性仿真,计算规模达到1 400 W自由度,并行核数达到1024核;模态结果与商业软件对比,其前100阶固有频率相差不超过0.01%,振型完全一致,1024核并行与16核并行计算效率提高了约60倍,并验证了算法的精确性及大规模并行计算时的高效性,获得了高超声速飞行器的低阶动力学响应特性。

关键词： PANDA 并行计算高超声速飞行器模态分析并行效率

基于Rayleigh-Ritz法的复合材料薄壁圆柱壳热屈曲和热模态分析

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科学技术与工程 2019年第1期19卷 250-255页

作者：李亚杯莫军陈红永中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621999

热环境中的结构受热效应等的影响,结构刚度会发生变化,进而结构振动模态对几何参数、材料参数等的敏感性也会改变。针对纤维增强复合材料圆柱壳,建立能量方程,计入面内热载荷对圆柱壳做功;使用Rayleigh-Ritz法求解屈曲温度及振动频率等... 详细信息

热环境中的结构受热效应等的影响,结构刚度会发生变化,进而结构振动模态对几何参数、材料参数等的敏感性也会改变。针对纤维增强复合材料圆柱壳,建立能量方程,计入面内热载荷对圆柱壳做功;使用Rayleigh-Ritz法求解屈曲温度及振动频率等;使用有限元法验证了计算模型的准确性。重点关注了不同的几何参数、铺设角度及铺设方式下温度对圆柱壳的振型的影响。研究结果表明振动模态越接近屈曲模态,温度对频率的影响越大,且各阶振型的周向波数不同,温度对振动频率的影响也不同。圆柱壳越厚或越短,基频振型的周向波数越多。温度小于0. 95倍屈曲温度时,温度增加基本不改变基频的振型;但接近屈曲温度时,在某些铺设角度下,某些振型的频率下降至低于原基频,发生振型跃迁。

关键词：复合材料圆柱壳热环境模态屈曲

土工模型箱超重力场夹层空间温度传递特性研究

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岩土工程学报 2022年第S02期44卷 83-86页

作者：陈红永张晨黎启胜王东沈展鹏方叶何琴淑中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621999 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

寒区工程超重力试验设计与土工模型箱空气夹层空腔温度传递相关。通过建立夹层-土体的对流换热模型,基于Rayleigh-Benard对流模型和CFD数值仿真方法研究了超重力环境下,不同夹层厚度、不同超重力加速度对土体表面及夹层内部温度分布的影... 详细信息

寒区工程超重力试验设计与土工模型箱空气夹层空腔温度传递相关。通过建立夹层-土体的对流换热模型,基于Rayleigh-Benard对流模型和CFD数值仿真方法研究了超重力环境下,不同夹层厚度、不同超重力加速度对土体表面及夹层内部温度分布的影响,解释了超重力场对对流换热过程涡环成因及发展的现象。结果表明涡环的稳定分布与流场速度、压力及界面换热系数、温度等直接相关;不同间隙及过载下,努塞尔数均随时间降低;在传热初始阶段,夹层流场努塞尔数变化较大;在不同间隙状态下,随着超重力过载值变大,界面对流换热降低。研究获得了超重力对夹层热对流的影响,开展超重力场下试验设计时需综合考虑夹层尺度、超重力加速度等综合影响。

关键词：夹层超重力 Rayleigh-Benard对流涡环

转臂式高速离心机减阻设计及机室流场特性研究

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应用力学学报 2023年

作者：陈红永杨鑫黎启胜龚志斌宋琼李心耀尹益辉工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室中国工程物理研究院总体工程研究所

风阻功率是大型转臂式土工离心机驱动功率设计的重要依据，机室流场具有随流、温升、流速高等特点。为降低风阻需对转臂或吊篮采取整流减阻设计。针对两型分别采用转臂整流和整流罩减阻的离心机，开展了基于CFD(computational fluid dyn... 详细信息

风阻功率是大型转臂式土工离心机驱动功率设计的重要依据，机室流场具有随流、温升、流速高等特点。为降低风阻需对转臂或吊篮采取整流减阻设计。针对两型分别采用转臂整流和整流罩减阻的离心机，开展了基于CFD(computational fluid dynamics)的气动特性仿真，通过优化仿真参数获得离心机高速运行时的机室内部流场流场特性及离心机风阻功率，并通过型线设计对离心机整流罩进行了气动阻力系数优化。研究表明：高速离心机低气压运行时机室下壁面的摩擦阻力矩占主导，高于周向壁面的摩擦阻力矩；吊篮不采用整流罩时，在迎风端面肩部出现了流动分离，压差阻力较大；采用整流罩后，吊篮前缘肩部的分离被削弱，总阻力系数大幅降低。研究表明对于高速离心机开展整流设计是必要的，通过转臂外形设计及整流罩设计，可有效降低风阻功率，更有益于控制机室温升。

关键词：转臂式离心机高速转动流场 CFD 整流罩