超声速气流中复合材料壁板的动力学分析及其控制

发布时间：2021-10-19 05:40

　　超声速飞行器外表具有大量的蒙皮壁板结构,其在巡航过程中会受到气动、热、声及机械等载荷的联合作用.本文针对超声速气流中的复合材料壁板结构,基于一阶剪切变形理论（First-Order Shear Deformation Theory,FSDT）和超声速活塞理论,推导得到了复合材料壁板的气热弹动力学的能量泛函,并运用Hamilton原理变分求得系统的控制方程,利用牛顿迭代法结合Newmark法,求解获得了壁板的临界颤振动压和时域动力学响应.通过变参数计算,分析了不同参数对于壁板动力学响应的影响.最后,应用非线性能量阱（Nonlinear Energy Sink,NES）对复合材料壁板的动力学响应进行颤振控制,结果表明,NES可以有效降低壁板的颤振极限环振幅,从而极大提高超声速飞行器的可靠性和寿命. 

【文章来源】：动力学与控制学报. 2020,18(06)

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

超声速气流中含NES的复合材料壁板

为了验证本文模型的准确性，计算尺寸为0.305m×0.305m×0.00127m壁板在初始扰动下的动力学响应，该壁板的弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为2700kg/m3，边界约束为四边简支.如图3所示为本模型计算所得壁板（0.75L1,0.5L2）点处的极限环幅值与文献[5]的对比两条曲线吻合良好，可见本模型预测壁板气弹动力学响应的准确性.2.2 参数讨论

本文建立了一般边界下复合材料壁板的气热声弹非线性动力学模型，通过FSDT和超声速活塞理论建立了系统的能量泛函并利用Hamilton变分获得了系统的控制方程.运用改进傅里叶法获得了壁板动力学响应的解，并通过数值算例验证了模型的准确性.随后通过变参数计算，揭示了不同参数对于壁板颤振特性的影响规律.运用NES实现了壁板的颤振控制，数值计算结果表明，当外界气动力略大于壁板的临界颤振动压时，NES可以完全抑制壁板的颤振；当气动力进一步增大时，尽管NES无法完全抑制壁板的颤振，但是可以大幅度降低壁板的极限环振幅.因此，NES可在一定范围内显著抑制壁板的动力学响应.

【参考文献】：
期刊论文
[1]串联非线性能量阱的高分支响应研究[J]. 钟锐,陈建恩,葛为民,刘军,王肖锋.  动力学与控制学报. 2019(03)
[2]低速轴向气流中曲壁板的稳定性及分岔分析[J]. 李晋,李鹏,张德春,杨翊仁.  动力学与控制学报. 2018(06)
[3]热环境对飞行器壁板结构动特性的影响[J]. 吴振强,程昊,张伟,李海波,孔凡金.  航空学报. 2013(02)
[4]超音速下热壁板的颤振分析[J]. 李丽丽,赵永辉.  动力学与控制学报. 2012(01)
[5]动力吸振器用于夹层壁板颤振抑制的研究[J]. 杨智春,杨飞,张玲凌.  振动与冲击. 2009(02)

博士论文
[1]超声速流中壁板的颤振及其抑制[D]. 赵海.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：3444257