不同热环境下的颤振问题初探

高超声速环境下,气动加热会严重影响飞行器结构的动力与颤振特性。文章研究了不同边界条件下气动热对结构动力学特性及颤振特性的影响。以全动平尾为对象,分析了不同热条件下其振动与颤振特性的变化。此外,采用解耦求解思路,进行了高温下弹性模量变化和热应力对平尾颤振特性影响的分析。结果表明,结构加热产生的热应力是导致其颤振速度下降的主要原因;平均温度升高会引起平尾颤振速度的明显下降,应引起重视。     

具有结构阻尼的热弹性梁耦合系统的整体解

考虑热效应对弹性梁的影响,研究了一类具有结构阻尼的热弹性梁耦合系统的整体动力行为,采用Galerkin方法证明了该系统整体弱解的存在唯一性.     

大气制动期间探测器的气动特性和轨道计算

以NASA火星全球勘测（MGS）号探测器作为大气制动计算模型,应用DSMC方法模拟了探测器在大气制动期间的稀薄气体动力学特性,分析了不同来流密度情况下探测器的流场特性、气动特性的变化情况以及气体动力学系数的变化关系．并提出了气动力-气动热-轨道一体化计算模型,利用DSMC模拟技术以及经典动力学理论对大气制动轨道变化进行了计算和分析．研究结果表明:行星大气密度、探测器俯仰角、偏航角的变化对探测器的气动特性有重要影响,计算结果与文献中的结果表现出很好的一致性;气动力-气动热-轨道一体化计算可以模拟大气制动过程,模拟所得到的大气制动轨迹反映出较好的制动效果．     

关于柔性结构动力系统的稳定性与控制

本文考虑了一类具弹性结构的复杂动力学系统的稳定性与控制问题.由于系统的动力学模型为一些常微分与偏微分相互耦合的方程组所描述,且考虑了弹性振动时结构阻尼对运动的影响,从而用传统的方法分析系统的动力学特性时遇到了困难.本文在函数空间中利用泛函分析谱理论与算子半群理论, 论证了系统的解存在、唯一,且适当选取一定的控制之后,能使得系统的弹性振动(包括弯曲振动和扭转振动)指数渐近稳定,亦可保证梁的姿态定位.     

1200℃高温环境下部件受热前表面应变的光学测量

在大气层内飞行的高超声速飞行器外表面因气动加热处于极为恶劣的高温环境中.而气动热模拟试验中,飞行器部件受热前表面在高温环境下的变形测量非常重要且十分困难.通过建立水冷式高超声速飞行器部件受热前表面应变测量系统,结合数字图像相关方法,实现了有氧环境下耐高温Al_2O_3陶瓷材料受热前表面温度高至1 200℃的应变测量.为了验证试验结果的正确性,与Hillman给出的Al_2O_3材料热膨胀系数-温度关系式进行了对比,具有良好的吻合性.所建立的1 200℃高温应变测试系统及氧化环境下部件受热前表面应变测试方法,为高超声速飞行器受热部件的热强度分析及安全可靠性设计提供了非常重要的试验测试手段.     

考虑记忆效应及尺寸效应窄长薄板的磁-热弹性耦合动态响应

引入记忆依赖微分的双相滞后热弹性理论能较完善地描述非Fourier导热现象,然而迄今尚未发现该理论综合考虑微尺度效应和磁、热、弹等多场耦合效应对材料力学行为的影响。通过考虑记忆依赖效应和非局部效应修正了双相滞后广义热弹性理论,基于改进后的理论研究了受周期性变化热源作用时窄长薄板的磁-热弹性耦合问题。首先建立问题的控制方程;然后结合边界条件与初值条件,利用Laplace变换和反变换技术对该问题进行求解;最后分别考察了磁场、相位滞后、时间延迟因子、核函数、非局部效应、时间对各无量纲量的影响,为微尺度材料的动态响应提供了有力参考依据。     

星形热弹性网络系统的稳定性及Riesz基性质

研究了一类星形弹性网络系统在热效应影响以及边界反馈作用下的稳定性问题及系统相应（广义）特征向量的Riesz基性质．基于Green和Naghdi第二类热弹性理论,假设在该热弹性系统中热以有限波速传播,并且在传播过程中无能量耗散．证明了该热弹性网络系统能量渐近衰减到零．并进一步通过系统算子谱分析,讨论得出该系统算子的（广义）特征向量构成状态空间的一组Riesz基．     

轻质热防护系统波纹夹芯结构热力耦合分析

高超声速飞行器在出入大气层或持续在空间飞行时,将遭受严苛的气动加热载荷．对热防护系统进行传热分析是进行热力耦合分析的基础,而温度分布的特点直接影响到波纹夹芯结构的热应力等问题．首先对一体化热防护系统（integrated thermal protection system, ITPS）进行隔热性能分析,得到整个结构的温度场;然后采用顺序耦合的数值方法,模拟分析ITPS波纹夹芯结构单胞的热力耦合性能,给出波纹夹芯结构在静力载荷以及热力耦合载荷条件下的应力场、位移场,并对计算结果进行了讨论．结果表明波纹夹芯结构在初始尺寸及约束条件下,只满足在高温热流作用下飞行器低压区使用,而当气动压力大于等于15 000 Pa时,结构将发生破坏．     

弹性振动的闭环系统

细长体的飞行器在飞行中考虑了既有刚性运动又有弹性振动的运动,由于刚性运动对弹性振动的影响,通过安装在飞行器上面的仪表所测得的角速度作为反馈信号输入到控制器,由控制器输出端输出信号到执行机构来实现反馈控制,把刚性运动飞行器、弹性振动飞行器同时考虑作受控对象,这里我们研究了由刚性飞行器、弹性飞行器和控制器三者形成的闭环系统的弹性振动问题,得到了求闭环系统的频率和振型的公式,设计控制器使得闭环系统渐近稳定的条件和能控性、能观测性的条件。     

具有确定运动姿势的柔性体的动力学分析研究

讨论了具有确定运动姿态的柔性多体系统的非线性动力学控制方程． 将飞行器在空间的运动看作是已知的,分析了飞行器上的挠性构件对飞行器运动和姿态的影响,利用假设模态,将挠性构件的变形,看作是空间直角坐标轴方向的线元振动所构成的,根据动力学中的Kane方法,建立了动力学方程,方程中包含表示弹性变形的结构刚度矩阵及表示变形体非线性变形几何刚度矩阵,方程推导从应力-应变关系入手,使用了有限元法．经简化,得到了带帆板结构的平面挠性体对飞行器运动影响的动力学方程,这种方程可通过计算机实现其数值解．     

研究金属中激波构造与衰减的一个物理模型

本文给出了研究金属中激波构造与衰减的一个物理模型.为了建立高速形变下材料的本构方程和研究激波过渡带的构造,需要考虑二个独立的理论方面.首先,将比内能分解成弹性压缩能和弹性形变能,而将形变能作为弹性应变和熵的函数展开到三阶项,其中考虑了热与机械能的耦合效应.其次,从位错动力学角度建议了一个塑性松弛函数以便描述高温、高压下塑性流动的特性.另外,本文给出了一个常微分方程组用以计算定态激波过渡带中各状态变量的分布以及激波的厚度.倘若假定在激波上熵的跳跃可以忽略,并用Hugoniot压缩模量代替等熵压缩摸量,可以获得一个分析解.最后,本文还提出了求解平板对称碰撞中激波波头衰减的一个近似方法。     

黏弹性圆柱壳计及切变形和转动惯量时的动力学稳定性

根据修正的Timoshenko理论,在几何非线性中考虑了剪切变形和转动惯量,对黏弹性圆柱壳的动力稳定性进行了研究.根据Bubnov-Galerkin法,结合基于求积公式的数值方法,将问题简化为求解具有松弛奇异核的非线性积分-微分方程的问题.针对物理-力学和几何参数在大范围内的变化,研究壳体的动力特性,显示了材料的黏弹性对圆柱壳动力稳定性的影响.最后,比较了通过不同的理论得到的结果.     

Multimaterial Lattice Structures With Thermally Programmable Mechanical Behaviors北大核心CSCD

传统的点阵结构一旦制备完成,其力学性能通常在使用寿命内保持不变。设计和制造具有环境适应特性的智能点阵结构,可编程地感知和响应外界变化(例如光强、压强、溶液、温度、电磁场、电化学激励),并在时间和空间上进行形状重构、模式转换和性能调控,仍然是人造材料研究领域重要的科学挑战。该文采用具有不同玻璃化转变温度和温度依赖性的多种聚合物材料,通过合理设计材料空间分布,提出了一类具有热可编程力学响应能力的多材料点阵结构。结合理论分析和有限元模拟,研究了组分材料相对刚度对多材料点阵结构的Poisson比、变形模式以及结构稳定性的影响。通过温度变化实现了对多材料点阵结构弹性常数、压溃响应和结构稳定性的调控,使多材料点阵结构表现出极大的热变形、超弹性和形状记忆效应。为设计和制造自适应保护装备、生物医学设备、航空航天领域的变形结构、柔性电子设备、自组装结构和可变形软体机器人等开辟了新途径。     

恐惧效应对具有避难所和半封闭捕获的捕食模型的影响

研究一类具有恐惧效应及避难所和半封闭捕获项的捕食系统的动力学行为,讨论了系统平衡点的局部稳定性和正平衡点的全局稳定性.证明了系统存在Hopf分支.并考虑恐惧效应,避难所和半封闭捕获项对种群密度的影响,最后举例说明可行性.     

一体化高超声速飞行器攻角特性的数值研究

采用二维耦合隐式NS方程和标准k-ε湍流模型,对采用Hark形头部的一体化高超声速飞行器在进气道关闭、发动机通流和发动机点火工况下的攻角特性进行了数值仿真研究.探索了可变攻角情况下,飞行器各部件对飞行器整体气动-推进性能的贡献程度.结果表明,在3种不同的工作状态下,飞行器都是纵向静稳定的,足够大的升阻比可以满足飞行器飞行要求,同时,对发动机型面及机身上壁面的改进有利于进一步满足飞行器对气动.推进性能的要求.     

弹性振动系统的镇定和极点配置问题

本文研究了忽略气动项的情况下细长飞行器弹性振动的镇定问题,指出了可以把它化为两端固定梁的弹性振动的镇定问题,并给出了渐近姿态的表达式。最后我们还讨论了这个弹性系统的极点配置问题,得到了极点配置的公式。     

剪切变形下非晶态高聚物的力学行为

基于非平衡态热力学理论，提出了一个适用于不可压材料的新的热粘弹性本构模型．该模型将橡胶弹性理论中的非高斯分子网络模型推广到计及粘性和热效应的情形．通过引入一组二阶张量形式的内变量，建议了一个新的Helmholtz自由能表达式，从而可以用来合理描述内变量的演化规律．根据以上模型，重点研究了热粘弹性材料在简单剪切变形下的力学行为，考察了由于分子链取向分布的变化而产生的“粘性耗散诱导”各向异性，讨论了应变率效应和由于粘性耗散而导致的热软化效应对剪应力的影响．理论预测结果与G’Sell等人的实验数据的定性比较表明了新的本构模型的有效性。     

压电固体中弹性波传播的数学模型

依据动量定理、电荷守恒定律建立了弹性波在压电固体中传播的数学模型.不仅考虑了压电效应,也同时考虑了电流效应.在压电固体中同时存在机械位移场、极化电势场和电流场.求解波动方程,发现不考虑电流效应时,弹性波是非色散的;考虑电流效应后,弹性波是色散的.不仅如此,电流效应还导致弹性波的衰减.通过数值模拟,揭示了平衡载流子浓度对色散和衰减的影响规律.     

具有特征提取的小波网络气动力模型

为了使所建气动力模型能准确地刻画飞行器的气动特性,提出一种基于特征提取的小波网络气动力建模方法,通过对横侧向与纵侧向的飞行数据训练样本进行核主成分分析特征,提取出训练样本的基本特征;利用提取的基本特征分别构建横侧向与纵侧向小波网络气动力模型.实验结果表明,提出的集成建模方法预测精度高,用于飞行器的气动力建模是有效的,也是可行的.     

TVC飞行器的新型滚动飞行控制研究

针对某推力矢量姿态控制（TVC）飞行器,在助推段需要连续绕弹体纵轴滚动（自旋）飞行的新问题,在研究其非线性飞行动力学建模和动力学特性的基础上,通过分析研究和数值仿真,找出了影响俯仰偏航飞行稳定和姿态控制精度的主要交叉耦合因素．重点突出曾被忽视的因自旋滚动引起底层伺服系统之间的惯性延迟耦合,提出了工程可实现的解耦控制方案和算法．可为进一步研究该类复杂飞行器的飞行控制提供模型和方法上的理论指导和参考．