力學(xué)大會(huì)2015集超聲速飛行器復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)顫振分析研究

中國(guó)力學(xué)大會(huì)-，，，（強(qiáng)度環(huán)境可靠性與環(huán)境工程技術(shù)，：壁板顫振是壁板結(jié)構(gòu)在高速氣流中產(chǎn)生的一種自激振動(dòng)，其的非線性振動(dòng)將對(duì)高速飛行器結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、飛行性能和飛行安全帶來(lái)不利的影響。以簡(jiǎn)支復(fù)合材料典型壁板結(jié)構(gòu)為研究對(duì)算精度進(jìn)行討論，給出了不同模型的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，分析了不同數(shù)下復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)引對(duì)壁板結(jié)構(gòu)的疲勞甚至飛行器的飛行性能以及飛行安全產(chǎn)生十分不利的影響[3]。[4]等基于VonKarman非線性應(yīng)變-位移關(guān)系、復(fù)合材料壁板的臨界顫振速壓和極限環(huán)顫振響應(yīng)進(jìn)行了求解[5]。[6]等基于一階活塞氣動(dòng)力理論，采用VonKarman大變形應(yīng)變-為分叉參數(shù)，研究了壁板顫振時(shí)的分叉及混沌等復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性。[7]等基于三階活塞氣動(dòng)力理論，采用假設(shè)和VonKarman非線性應(yīng)變-分析了不同數(shù)Ma下復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)的顫振特性，給出了兩種不同的非定常氣動(dòng)彎曲模態(tài)和二階彎曲模態(tài)的耦合，臨界顫振速度均隨數(shù)Ma的增大而增大，采用活作者簡(jiǎn)介：（1983-），女，博士，研究方向：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，E-Mail:壁板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型如表1所示。C/SiC復(fù)

1C/SiC復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)動(dòng)針對(duì)/i復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，采用/st正則模態(tài)求解器03進(jìn)行模態(tài)求解，計(jì)算得到了簡(jiǎn)支邊界條件下/i復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率和模態(tài)振型圖別2和2所示。2C/SiC復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)前三階固有振動(dòng)頻率一階彎 二階彎 二階彎2C/SiC復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)前三階模態(tài)振型法）和活塞理論建立超聲速非定常氣動(dòng)力模型，采用PK法求解顫振方程，分析了數(shù)型臨界顫振V-g、V-f曲線如圖3和圖4所示。V-g V-f圖3ZONA51方法求得的V-g、V-fV-g V-f4活塞理論求得的V-g、V-f5所示，從圖中計(jì)算結(jié)果可以看出，采用活塞理論得到的壁板結(jié)構(gòu)臨界顫振速度和顫頻率比ZONA51方法均偏高，因此采用ZONA51方法得到的壁板結(jié)構(gòu)顫振特性更為保。V-g V-f圖5活塞理論和ZONA51方法求得的V-g、V-f圖對(duì)f曲線分別如圖6和圖7所示，從圖中計(jì)算結(jié)果可以看出，采用ZONA51方法和活塞理論兩種不同的非定常氣力理論，壁板結(jié)構(gòu)臨界顫振速度均隨數(shù)Ma的增大而增大V-g V-f圖6ZONA51方法求得的不同數(shù)Ma下臨界顫振V-g、V-f 結(jié)

V-f圖7活塞理論求得的不同數(shù)Ma下臨界顫振V-g、V-f塞理論計(jì)算超音速非定常氣動(dòng)力，采用PK法求解顫振方程，分析了不同數(shù)Ma下復(fù)f曲線，并將兩種不同的非定常氣動(dòng)力計(jì)算方法得到的壁板結(jié)構(gòu)臨界顫振速度和顫振率進(jìn)行了對(duì)比，可以得到如下結(jié)論采用ZONA51方法和活塞理論兩種不同的非定常氣動(dòng)力理論，顫振形式均為壁速度均隨數(shù)Ma的增大而增大。1.ChengGF,MeiC.Finiteelementmodalformulationfor icpanelflutterysiswiththermaleffects.AIAA2003-1517,amaraJJ,FriedmannPP.Aeroelasticandaerothermoelasticysisofhy icvehicles:currentstatusandfuturetrends.AIAA2007-2013,2007. , .高速飛行器壁板顫振的分析模型和分析方法.應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào),2006,23(4):537- 超音速氣流中受熱壁板的二次失穩(wěn)型顫振航空學(xué)報(bào)2009,30(101851-5,,.溫度分布對(duì)復(fù)合材料壁板顫振特性的影響.宇航學(xué)報(bào),2010,31(3):850-6,,范晨光.熱環(huán)境下壁板非線性顫振分析.計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào),2009,26(5):684-7,曙,萬(wàn)志強(qiáng).氣動(dòng)熱-氣動(dòng)彈性雙向耦合的高超聲速曲面壁板顫振分析方法.中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué),2012,42(4):369-FLUTTERYSISOFSUICCOMPOSITEGUOJing,ZHANGZhong,RENFang,HAN(ScienceandTechnologyonReliabilityandEnvironmentEngineeringLaboratory,BeijingInstituteofStructureandEnvironmentEngineering,Beijing100076,):Panelflutterisaself-excitedoscillationinhighspeedairflow.Nonlinearvibrationduetothisphenomenonleadstopoorfatiguestrength,flightperformanceandflightsafetyforsu icaircraft.Foratypicalsimplysupportedcompositepanel,thesu icunsteadyaerodynamic ismodeledbasedonDoublet-Latticesu icliftingsurfacetheory(ZONA51)andPistontheory,respectively.Thecomputationaccuracyofthesetwoaerodynamicmodelsisdiscussedandtheapplicationrangeisalsogiven.Moreover,theflutterpropertiesofthecompositepanelstructureatdifferentMachnumberare yzed.Thel