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采用等效有限元模型的复合材料机翼结构优化

王宇 , 欧阳星 , 余雄庆

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhc1xb.20150302.001

在机翼设计过程中,将等效有限元模型(EFEM)方法应用于考虑静力学和动力学要求的机翼结构优化.提出了"三步走"的结构优化策略,将一个多变量的复杂优化问题转换为一系列少变量的简单优化问题,对某支线客机的复合材料机翼进行了优化设计.首先以位移、静强度和颤振速度作为约束条件对机翼复合材料铺层比例进行优化;然后以静强度和结构稳定性作为约束,以最小化结构质量和结构效率作为优化目标,对各翼肋之间的加强壁板进行优化设计;最后再以位移和颤振速度为约束,对机翼结构总体刚度进行优化设计.结果表明:EFEM方法具有快速建模和计算量少的优点,采用"三步走"优化策略具有更高的效率,适用于初步机翼结构优化设计.

关键词: 机翼 , 等效方法 , 稳定性 , 颤振 , 复合材料 , 结构优化 , 优化策略

带钢冷轧机振动问题的研究进展及评述

侯福祥 , 张杰 , 曹建国 , 史小路

钢铁研究学报

概要回顾了带钢冷轧机振动研究的历程,归纳了轧机上出现的各种振动形式,如轧辊的垂直振动、水平振动、轴向串动,带钢的横向和纵向振动,主传动系统的扭转振动和轴向振动等,重点论述了轧机自激振动现象,讨论了影响轧机自激振动发生的因素、相关的研究方法及研究成果,总结了轧机振动控制措施,分析了目前研究中存在的问题与不足,提出了进一步研究的重点和方向.

关键词: 冷轧机 , 颤振 , 回顾 , 展望

热连轧机水平振动特性研究

范小彬 , 臧勇 , 王会刚

钢铁

为了研究轧机振动特性并找到振源,根据轧制界面非线性粘滑摩擦特性,建立了轧辊水平方向摩擦颤振模型、接轴不平衡力引起的工作辊水平方向"跳振"模型.模型仿真表明,当外扰力幅较小时系统呈现概周期运动,外扰力幅较大时系统呈混沌状态;当机座有间隙时轧辊水平振动波形有削顶现象,系统动力学变差;当采取消除间隙、消除接轴不平衡力措施后,系统的动力学性能得到改善.实测表明,当采取相应措施后振动强度减弱.

关键词: 轧机 , 颤振 , 碰撞 , 时频分析

切向均布随从力作用下的特殊正交各向异性矩形板振动特性

杨峰 , 王忠民 , 韩玉强

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2012.04.001

对于不同边界条件下受切向均布随从力的特殊正交各向异性矩形板,通过改变边长比,板的失稳临界值发生变化.建立受切向均布随从力的矩形板的运动微分方程,利用微分求积法得到复特征方程.通过求解复特征方程,得出矩形板振动复频率与随从力的变化关系,以及边长比对板失稳形式的影响.计算结果表明,固支能提高板的固有频率;简支能降低板的固有频率;自由边介于二者之间.对于cccc、cfcf、cfff以及csfs4种边界条件的特殊正交各向异性板,当边长比β=a/b超过一定临界值时,在均布随从力作用下,其失稳形式从发散转为颤振.对于ssss,scsc及cses3种边界条件,无论β=a/b如何变化,其失稳形式保持发散不变.

关键词: 切向均布 , 随从力 , 特殊正交各向异性 , 边长比 , 颤振 , 发散

轴流压气机转子叶片的流固耦合分析

樊小莉 , 刘云飞 , 郭然 , 祝昭 , 康顺

工程热物理学报

本文针对压气机转子叶片流固耦合问题,采用耦合平台MpCCI连接商业CFD软件FINE/Turbo与CSM软件ABAQUS模拟了设计转速下不同流量工况点的流固耦合问题,对比了流场定常计算与流固耦合非定常计算的结果,得到了叶片振动位移频谱振幅图以及效率和压比变化曲线。研究结果表明在失速点附近叶片振动对流场有显著影响,由此可以对压气机的颤振问题进行预测。

关键词: 流固耦合 , 三维插值 , 压气机 , 颤振

三维透平叶片扭转颤振问题的流固耦合数值研究

金琰 , 袁新

工程热物理学报

颤振,尤其是失速颤振是引起叶轮机械安全事故的重要原因之一.由于叶片颤振的复杂性,过去人们一直采用半经验的方法研究叶片的颤振.本文发展了一套更精确的流固耦合计算方法,并用这种算法研究了三维透平叶片的扭转颤振.在模拟大负攻角下的颤振时发现,传播失速响应频率向固有频率靠近是振动发散的一个重要判据.通过计算得出了压比和攻角对颤振影响的特性曲线,它不但可用于判断流体激振的稳定性,而且可以研究颤振的强度.

关键词: 叶轮机械 , 三维非定常Navier-Stokes方程 , 流固耦合 , 大攻角 , 颤振

平整机颤振的工业试验

段吉安 , 严珩志 , 钟掘

钢铁

对某平整机的颤振进行了一系列工业试验研究,分析计算了平整机的振动频率、固有频率以及可能的外激励频率.发现平整机的颤振为自激振动,其核心频率为584 Hz,与平整机的固有频率一致,但不存在相应频率的外激励.平整机自激振动的根源在于轧制界面的负阻尼特性.研究结果表明,目前的平整工艺使得平整机轧制界面具有部分流体润滑和干摩擦粘滑运动共存的摩擦学行为,导致界面产生负阻尼.

关键词: 颤振 , 平整机 , 轧制界面 , 自激振动

复合材料机翼结构相似颤振模型的设计与实验验证

刘兵山 , 燕瑛 , 曾东 , 钱卫

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2006.01.023

为了进行颤振实验,依据原始金属模型,根据结构相似方法和刚度相等的原则,提出了基于设计元素的复合材料结构设计方法,建立了结构缩比和复合材料结构设计软件,并分别设计了复合材料机翼盒段和机翼模型.采用低模量复合材料制造,进行了模态实验和风洞实验.实验结果与理论值吻合较好.设计的梁架-蒙皮复合材料机翼模型实现了结构和动力学相似,相对于传统的蒙皮不传递载荷的梁架-维形颤振模型有了质的飞跃.

关键词: 复合材料 , 机翼 , 模态分析 , 制造 , 模态实验 , 颤振

复合材料机翼鲁棒气动弹性优化设计

肖志鹏 , 万志强 , 杨超 , 吕斌

复合材料学报

针对气动弹性结构,利用遗传-敏度混合算法开展鲁棒优化设计.以大展弦比复合材料机翼的鲁棒气动弹性结构优化设计为例验证了鲁棒设计方法的适用性和有效性,比较了鲁棒结构优化设计与传统优化设计的区别.研究结果表明:在设计变量存在不确定性的情况下,考虑鲁棒性约束优化得到的结构较传统优化结构具有更好的抗干扰性;但鲁棒性的满足是以增加结构质量为代价的,鲁棒性要求越高,结构增重越明显.

关键词: 气动弹性 , 鲁棒结构设计 , 混合算法 , 复合材料 , 配平 , 颤振

考虑气动弹性约束的复合材料支撑机翼优化设计

肖志鹏 , 赵群 , 徐吉峰

复合材料学报

基于遗传-敏度混合算法对复合材料支撑机翼开展考虑气动弹性约束的优化设计,并与常规机翼构型进行比较.在严重载荷状态下,以结构质量最小化为目标,以翼尖变形、屈曲稳定性和颤振速度为约束,设计复合材料机翼铺层和支撑结构参数,并研究不同支撑点位置对于优化设计结果的影响.结果表明,复合材料支撑机翼构型能大幅减少弯曲方向上的铺层材料,有明显的减重优势.支撑点位置对于结构质量、屈曲稳定性和扭转刚度分布有较大影响,支撑结构的屈曲破坏在复合材料支撑机翼的结构设计中要引起重视.

关键词: 复合材料 , 气动弹性约束 , 支撑机翼 , 屈曲 , 颤振 , 混合算法

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