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含间隙约束的二元翼段系统极限环振动分析

含间隙约束的二元翼段系统极限环振动分析

钢桁梁断面大幅后颤振结构和气动阻尼非线性特性风洞试验

第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动...

作者：张思进文桂林彭凡刘子强湖南大学机械与运载工程学院中国航天空气动力技术研究院

本文研究了含间隙约束的二元翼段系统气动弹性模型,采用经典活塞理论建立准定常气动力模型,并采用分段刚度形式描述二元翼段与间隙约束之间的接触模型。通常弯曲刚度和扭转刚度在接触前后都会发生改变,计算结果表明扭转刚度的变化对该... 详细信息

本文研究了含间隙约束的二元翼段系统气动弹性模型,采用经典活塞理论建立准定常气动力模型,并采用分段刚度形式描述二元翼段与间隙约束之间的接触模型。通常弯曲刚度和扭转刚度在接触前后都会发生改变,计算结果表明扭转刚度的变化对该系统振动解的影响更显著。出于简单起见,本文仅分析了扭转方向间隙对极限环振动的影响。该系统为4维分段光滑的动力

关键词：间隙约束二元翼段系统极限环振动频率 Poincare映射

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国公路学报 2023年第7期36卷 56-66页

作者：韩艳宋俊李凯胡朋长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

通过大振幅的自由振动风洞试验,研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性,量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律,并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制;通过对比单自由度和两自由... 详细信息

通过大振幅的自由振动风洞试验,研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性,量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律,并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制;通过对比单自由度和两自由度系统的颤振行为,分析了竖向自由度对非线性极限环颤振的影响,并揭示其影响机制。此外,进一步探究了结构阻尼和弯扭频率比对非线性极限环颤振的影响。研究结果表明:结构阻尼和气动阻尼对振幅的依赖性是诱发非线性极限环颤振的主要原因;相对单自由度系统,竖向自由度的参与向两自由度系统引入了一个偏线性的竖向耦合气动负阻尼,会降低系统的稳定性,使得两自由度系统的颤振临界风速低于单自由度系统,同时也使得极限环颤振振幅大于单自由度系统,因此颤振分析中不可随意忽略竖向自由度;增加结构阻尼能够显著提升钢桁主梁断面的颤振临界风速,并降低后颤振极限环振动的振幅。

关键词：桥梁工程后颤振风洞试验钢桁加劲梁极限环振动非线性阻尼

中央开槽箱梁颤振非线性特性和振动分叉现象及其机理

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空气动力学学报 2023年第2期41卷 98-109,I0002页

作者：钱程朱乐东朱青同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院桥梁工程系上海200092 同济大学桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室上海200092

为探究超大跨度缆索承重桥梁在大攻角范围内的颤振稳定性,通过节段模型风洞试验对中央开槽箱梁在风攻角±10°范围内的颤振非线性特性和振动分叉现象及其机理进行了研究。结果显示:当风攻角为-2°~10°时,节段模型系统未发生颤振;当风... 详细信息

为探究超大跨度缆索承重桥梁在大攻角范围内的颤振稳定性,通过节段模型风洞试验对中央开槽箱梁在风攻角±10°范围内的颤振非线性特性和振动分叉现象及其机理进行了研究。结果显示:当风攻角为-2°~10°时,节段模型系统未发生颤振;当风攻角为-3°和-4°时,观察到了含振动分叉的非线性颤振现象,且起振幅值随风速的增加而减小;当风攻角为-5°~-10°时,颤振无需人工激励就会自动发生。两种非线性颤振均为弯扭耦合颤振,并最终做极限环振动。非线性颤振的起振风速随着负攻角的增大而减小,耦合程度随着折减风速的增加而增加。系统等效阻尼比-振幅曲线可以很好地解释非线性颤振机理,曲线的零点为系统平衡点,其中斜率为正的零点为稳定平衡点,对应稳态振幅;斜率为负的零点为不稳定平衡点,对应起振振幅。对于含振动分叉的非线性颤振,系统存在一个稳定平衡点和一个不稳定平衡点;而对于无需人工初始激励的非线性颤振,系统只有一个稳定平衡点。

关键词：中央开槽箱梁节段模型风洞试验非线性弯扭耦合颤振平衡点与分叉极限环振动

扭弯频率比对π型断面节段模型后颤振特性的影响

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振动工程学报 2021年第6期34卷 1268-1275页

作者：张志田汪志雄郄凯谭卜豪海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507

以某π型断面桥梁为对象,通过弹性悬挂节段模型风洞试验,识别了机械阻尼随振幅的非线性演变特性。在此基础上,研究了扭弯频率比为0.872,0.971,0.988,1.035,1.085,1.245六种情况下的颤振临界风速及非线性后颤振振动特性。试验结果表明模... 详细信息

以某π型断面桥梁为对象,通过弹性悬挂节段模型风洞试验,识别了机械阻尼随振幅的非线性演变特性。在此基础上,研究了扭弯频率比为0.872,0.971,0.988,1.035,1.085,1.245六种情况下的颤振临界风速及非线性后颤振振动特性。试验结果表明模型在来流风速超过临界风速后出现极限环振动,且极限环振动的幅值随风速增加而增大。扭弯频率比对模型气弹响应的多方面特性均有实质性的影响,包括颤振临界风速、后颤振极限环振动幅值、后颤振幅值随风速的演变路径、竖向与扭转的耦合程度以及颤振的“软硬”性质等等。研究结果表明,颤振发生时,竖向与扭转自由度以同频率但非零相位差的形式进行耦合,且相位差随风速与扭弯频率比的变化显著。受气动刚度影响,模型扭转振动频率随风速的增加单调下降,但即使对于初始扭弯频率比小于1的情况,颤振时仍然以竖向与扭转自由度耦合的形式发生,这一点与流线型断面的经典耦合颤振有明显的不同。该研究也反映了现行的公路桥梁抗风设计规范在体现扭弯频率比影响方面的不足。

关键词：桥梁风洞试验后颤振耦合特性极限环振动

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后掠翼外挂系统非线性响应分析

机械设计与制造 2023年第8期 6-10页

作者：肖艳平王越黄波中国民用航空飞行学院四川广汉618307

在几何非线性项的影响下,机翼外挂系统响应较为复杂。为了研究几何非线性对系统响应的影响,以后掠翼为模型,建立了后掠翼外挂系统的非线性运动微分方程,采用假设模态法求解了后掠翼振型函数,并利用伽辽金法对系统方程进行了离散得到了... 详细信息

在几何非线性项的影响下,机翼外挂系统响应较为复杂。为了研究几何非线性对系统响应的影响,以后掠翼为模型,建立了后掠翼外挂系统的非线性运动微分方程,采用假设模态法求解了后掠翼振型函数,并利用伽辽金法对系统方程进行了离散得到了系统矩阵方程;利用MATLAB对系统方程进行了数值仿真,得到了不同速度范围的翼尖扭转分叉图,结合典型速度下翼尖扭转的相图与庞加莱截面图研究了非线性项对后掠翼外挂系统响应的影响。结果表明:当速度大于颤振临界速度后,系统会经历极限环振动、拟周期运动和混沌运动。

关键词：几何非线性后掠翼外挂响应极限环振动拟周期运动

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风力机翼段质心位置对颤振影响的实验研究

风力机翼段质心位置对颤振影响的实验研究

作者：赵保仲内蒙古工业大学

学位级别：硕士

随着风力发电技术的逐步发展,风力发电机的运行可靠性问题也随之变得更加突出。风力发电机大多架设在无遮挡的自然环境中,这种环境最大的特点就是风况随机波动较大,所以导致风力机的受力情况非常复杂。而风轮作为风力机的主要承载部件,... 详细信息

随着风力发电技术的逐步发展,风力发电机的运行可靠性问题也随之变得更加突出。风力发电机大多架设在无遮挡的自然环境中,这种环境最大的特点就是风况随机波动较大,所以导致风力机的受力情况非常复杂。而风轮作为风力机的主要承载部件,几乎所有推动风轮运转的气动力都作用于叶片上,所以这必然会使叶片产生振动,这也促使了叶片成为风力机上最容易损坏的部件。同时随着风力机叶片逐渐向大型化、柔性化方向发展,叶片对大变形的敏感性也随之增加。然而随之引发的叶片稳定性、安全性问题也越来越突出,其中就包括由于气动弹性不稳定而引发的颤振。因此在保证风力机叶片具有大展弦比特性的同时,为了最大程度的提高颤振临界风速,预防颤振发生后对叶片造成的不可逆破坏。本文从翼段的质心位置出发,通过研究质心位置对颤振边界的影响从而寻求最优质心位置,为大型风力机叶片的防颤、抑颤设计提供参考。本文从影响叶片颤振的两个主要自由度(沉浮、俯仰)出发,设计并搭建了一种两自由度的颤振实验台架。为了揭示质心位置对翼段颤振边界的影响,分别在翼段的三个不同位置设计了固定质量块的螺栓孔以实现翼段质心位置的改变。此外,为了研究翼段颤振时其表面的气动特性,所以对于翼段表面压力分布情况以及翼段升力特性变化规律的分析尤为关键,为此在翼段跨中位置的表面设计了测压孔,实现了对翼段表面压力的测量。具体的本文主要从以下三方面展开进行了研究。首先,本文分别对质心位置靠近翼段前缘(前置质心)、质心位置靠近弹性轴中心(居中质心)以及质心位置靠近翼段后缘(后置质心),这三种质心位置下翼段的颤振边界进行了研究。通过动态信号的时域与频域分析方法,发现当质心位置靠近翼段前缘时,翼段具有更高的临界颤振速度。此外,净阻尼以及两自由度气动弹性固有频率的变化均是造成翼段发生颤振的重要原因。其次,基于翼段在前置质心位置时具有更高的临界颤振速度这一条件,进一步探究了前置质心位置下翼段初始攻角变化对其颤振边界的影响。试验发现:随着初始攻角的增加,翼段的气动弹性稳定性逐渐渐弱,翼段的临界颤振速度逐渐减小。此外,在获得了翼段时域振动数据的基础上,进一步通过FFT对不同初始攻角下翼段在颤振边界时的频域特性进行了分析,发现随着翼段初始攻角的逐渐增加,系统俯仰-沉浮耦合后的气动弹性固有频率也随之增加,并逐渐接近翼段俯仰自由度的固有频率。最后,以16°初始攻角的前置质心翼段为研究对象,通过翼段表面测压孔测得的压力数据,并结合对翼段升力特性的研究,发现了升力系数的迟滞特性。此外,通过对极限环振动周期内某个单一振动周期下翼段表面的压力信号进行分析,发现翼段上表面(吸力面)从前缘到后缘测压孔测得的吸力峰值存在明显的相位滞后,并且吸力峰值在向翼段后缘移动的过程中逐渐衰减,这一现象主要与层流分离泡在翼段吸力面的运动有关。而翼段下表面(压力面)的压力分布则没有出现明显变化,所以认为翼段的升力特性主要取决于翼段上表面的压力分布情况。

关键词：翼段质心位置颤振极限环振动气动特性

含间隙非线性的大展弦比机翼/外挂系统的气弹响应分析

同方学位论文库评论

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应用力学学报 2019年第4期36卷 914-919,1001页

作者：肖艳平叶露周泽友中国民航飞行学院飞行技术学院

综合考虑大展弦比机翼的柔性变形和外挂与机翼连接处的间隙非线性,建立了机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Lagrange方程推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行了离散,通过数值模拟研究... 详细信息

综合考虑大展弦比机翼的柔性变形和外挂与机翼连接处的间隙非线性,建立了机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Lagrange方程推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行了离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:系统极限环振动的临界速度随间隙的增大而减小,随间隙初偏值的增加而增大;几何非线性可大幅降低系统极限环振动的幅值;随流速的增加,系统呈现出复杂的响应,周期运动与混沌运动相间出现;最后系统发生屈曲。

关键词：大展弦比外挂几何非线性间隙非线性极限环振动

操纵面非线性气动弹性响应引起的结构疲劳损伤分析方法研究

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振动与冲击 2015年第11期34卷 41-45页

作者：李毅杨智春金伟西北工业大学航空学院结构动力学与控制研究所西安710072 成都飞机设计研究所成都610091

由于间隙的存在,随着速度的增加操纵面会发生非线性气动弹性响应,即操纵面发生极限环振动,其振动频率比飞机结构疲劳载荷谱的频率高,因此操纵面在每次飞行中只需经历1-2 s的极限环振动,其在整个飞机服役期内累加得到的总循环数将达到10... 详细信息

由于间隙的存在,随着速度的增加操纵面会发生非线性气动弹性响应,即操纵面发生极限环振动,其振动频率比飞机结构疲劳载荷谱的频率高,因此操纵面在每次飞行中只需经历1-2 s的极限环振动,其在整个飞机服役期内累加得到的总循环数将达到10万次的量级,可见操纵面极限环振动引起的结构疲劳损伤不容忽视,所以需要建立起操纵面气动弹性数据（飞行速度和间隙）与结构疲劳损伤的对应关系。针对此问题,将非线性气动弹性分析方法和结构疲劳预测技术结合,发展一套分析流程用来讨论操纵面极限环振动与周边结构疲劳的关系,为设定操纵面间隙值提供参考。为了对此分析流程进行说明,对具有操纵面的复杂机翼进行了非线性气动弹性分析获得其偏转角响应,并将其转化为作用在作动器两头耳片上的疲劳载荷谱,通过疲劳分析获得周边结构疲劳特性与操纵面非线性气动弹性响应的关系。

关键词：操纵面间隙极限环振动疲劳损伤

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舰载直升机旋翼/机体非线性耦合稳定性分析

航空动力学报 2013年第5期28卷 999-1005页

作者：刘洋向锦武北京航空航天大学航空工程与科学学院北京100191

基于多体动力学方法建立了舰载直升机旋翼/机体耦合系统的动力学模型,其中机体起落架模型由非线性的液压作动器和橡胶轮胎两部分组成,而舰船的横摇和纵摇以简谐激励的形式通过起落架传递给旋翼/机体系统.针对不同的舰船激振频率,研究舰... 详细信息

基于多体动力学方法建立了舰载直升机旋翼/机体耦合系统的动力学模型,其中机体起落架模型由非线性的液压作动器和橡胶轮胎两部分组成,而舰船的横摇和纵摇以简谐激励的形式通过起落架传递给旋翼/机体系统.针对不同的舰船激振频率,研究舰载直升机起动过程中旋翼/机体系统的时间响应历程和动力学稳定性.结果表明:舰载直升机的机体和桨叶摆振自由度在舰船激励下均会出现极限环振动现象,并且当舰船激振频率与旋翼旋转频率相等时会激发出旋翼的摆振后退型模态的极限环振动,使旋翼重心偏离桨毂中心,进而可能导致"舰面共振"事故发生.

关键词：直升机稳定性非线性极限环振动旋翼