三维浮式结构的流固耦合动力特性分析

对于采用位移-压力有限元格式从流固耦合系统导出的大型非对称矩阵特征值问题,构造出了一种新格式的迭代Arnoldi方法进行非对称特征值分析来获得浮式结构的动力特性．该迭代格式在克服零频的移频技术中,可以高效地计算出Arnoldi向量．实例分析结果表明,流固耦合作用对水上大型薄壁浮式结构动力特性具有重要影响．     

大型水平轴风力机叶片气动弹性计算

给出了一种考虑几何非线性的大型风力机静、 动气动弹性一体化计算方法．采用涡尾迹方法进行风力机气动载荷计算．建立风力机风轮的三维壳模型．沿周向平均风力机叶片载荷并加载到结构模型进行非线性静气动弹性分析．基于动力学小扰动假设, 在静平衡构型下进行动力学线性化, 计算风轮固有振动特性．继而结合非定常涡尾迹方法计算风力机动气动弹性响应．计算了NH 1500叶片考虑几何非线性的静气动弹性位移和动气动弹性响应．结果表明,大型风力机叶片几何非线性较为明显地减小静气动弹性位移,同时降低动气动弹性的响应幅值．大型风力机气动弹性响应计算需要考虑几何非线性     

考虑大变形的刚-柔耦合旋转智能结构动力学分析

基于Hamilton原理对带端部质量的刚柔耦合旋转智能结构建立了耦合的非线性动力学模型．根据一阶近似耦合（FOAC）模型理论,通过有限元方法,得到了系统的有限维模型．模型中考虑了轴向、横向位移和转动角度的非线性几何效应,以及压电材料和结构的大变形及离心刚化效应．在有限元模型的基础上,建立了3种实际系统模型方程,分别是无压电层的结构,有压电层开环状态和闭环状态．最后基于简化模型的仿真结果显示出有端部质量和没有端部质量的差异,智能结构梁在闭环和开环的差异,高速旋转梁的离心作用及结构外加电载荷的动力响应．     

微重力环境下充液球腔非线性耦合动力学研究

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型．采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的Gauss超几何级数解析表达式．采用变分原理推导了系统动力学系模型,利用Galerkin 方法对变分方程进行特征频率分析．运用Lagrange方法及非线性动力学方法导出了微重力环境下贮箱中液体与航天器结构耦合的动力学方程组,并对该方程组进行了数值计算,绘出了非线性耦合充液系统自由度随时间的变化历程．     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格（ALE）输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格(ALE)输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

轨道结构随机场模型与车辆-轨道耦合随机动力分析

将轨道结构视为一个参数随机系统,提出并建立了轨道结构的随机场模型.利用车辆-轨道耦合动力学的基本方法,将轨道系统有限单元模型与多刚体车辆模型相结合,建立了考虑铁路线路参数空-时随机变化的车辆-轨道动力计算模型.算例表明:所提出的方法较为可靠且高效;线路参数随机性对车辆-轨道系统的动力响应有明显的影响,随线路参数离散程度的增加,可能造成行车不安全、轨道损伤加剧等一些问题.     

带弹性附件充液矩形贮箱俯仰运动动态响应

首先建立了俯仰运动矩形贮箱刚-液-弹耦合系统在外力矩作用下的耦合动力学模型,给出满足边界条件的速度势函数和液面波高的级数表达式,采用伽辽金法离散,将动力学模型转化为常微分方程组,得到刚-液-弹耦合系统的固有频率,给出简单的近似表达式,分析了转动中心距静液面不同位置时刚-液-弹耦合系统各阶固有频率的变化规律,系统转动中心距静液面较近时,耦合后液体反对称模态和刚体的固有频率对比耦合前减小,较远时则增大,最后进行数值验证,比较分析了液体和弹性体对刚体姿态的影响．     

损伤对粘弹性矩形板非线性动力特性的影响

研究了考虑损伤效应的粘弹性矩形板在横向周期载荷作用下的非线性动力学问题．基于Von Karman方程、Boltzmann叠加原理和连续损伤力学理论,建立了以中面位移表示的考虑损伤效应的粘弹性薄板的非线性动力学方程,然后,应用有限差分法和Newmark法进行求解,并与相应的文献作出了比较．具体讨论了外载荷参数和板的几何尺寸对含损伤效应的粘弹性板非线性动力响应的影响．数值结果表明,考虑损伤效应时,结构的非线性动力响应会发生显著的变化．     

周期载荷下超弹性圆柱壳的动力响应

研究了不可压超弹性圆柱壳在内表面周期载荷及突加常值载荷作用下的运动与破坏等动力响应问题．通过对所得描述圆柱壳内表面运动的非线性常微分方程解的数值计算和动力学定性分析,发现存在一个临界载荷;当突加常值载荷或周期载荷的平均载荷值小于这一临界值时,圆柱壳的运动随时间的演化是周期性的或拟周期性的非线性振动,而当其大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏．另外,准静态问题的解可作为突加常值载荷作用下系统动力响应解的不动点,且不动点的性质与动力响应解及圆柱壳运动的性质有关．讨论了圆柱壳的厚度和载荷等参数对临界载荷值和圆柱壳运动特性的影响．     

结构动力学方程的辛RK方法

针对有阻尼和外载荷的线性动力学常微分方程,给出了s级2s阶隐式Gauss-Legendre辛RK(Gauss-Legendre symplectic Runge-Kutta,GLSRK)方法的一种显式高效的执行格式,首次给出了Gauss-Legendre辛RK方法和经典RK方法(classical RK,CRK)的谱半径和单步相位误差的显式表达式,并将两者进行了比较.线性多自由度系统和非线性Rayleigh系统数值算例表明,对结构动力学系统而言,辛RK方法远比经典RK方法优越,在运动学特性和长时间数值模拟方面尤为明显.     

气动、结构、载荷相协调的大型风电叶片自主研发进展

从叶片设计的3个关键环节（气动设计、结构设计和载荷评估）出发,对叶片自主研发进展进行了总结分析．在气动设计方面,概述了计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）方法、涡方法和叶素动量（blade element momentum, BEM）方法,并依据工程中广泛应用的BEM方法,指出了低风速区风电叶片的解决思路;在结构设计方面,简要概述了基于梁模型的传统设计分析方法,分析了其在大型复合材料叶片薄壳结构上的不足,并对有限元方法（finite element method, FEM）在叶片结构分析中的应用进展进行了介绍;在载荷评估方面,介绍了其对叶片和整机其它部件的影响,阐述了载荷预估方面的工作进展．然后,通过分析3个关键环节之间的相互关系,得到如下结论:建立气动、结构和载荷相协调的叶片优化设计体系,才能真正满足高效低成本的需要．最后,指明了需要进一步研究的主要方向,即高效低载翼型研究,结构非线性有限元分析,气动-结构耦合研究,设计标准制定．最终目标是建立适合中国风资源特点的叶片研发体系,推动我国风电产业发展.     

地震作用下管道-土耦合结构非平稳随机振动分析

考虑地震载荷的非平稳特性和相干特性,建立了地下管道-土耦合结构随机振动分析的一种频域方法.应用Fourier-Stieltjes积分描述非平稳随机过程,由核函数刻画地震载荷的幅值和频率成份等时变特性;同时引入指数型衰减函数描述地震载荷的空间分布特性.在频域上结合虚拟激励法和Fourier(傅里叶)分析技术,推导了地下管道-土耦合结构受具有相干特征非平稳随机载荷作用下的响应演变功率谱的闭合解,建立了随机振动输入和输出的频域关系.数值算例与传统的分析方法进行对比验证,说明了建立方法的正确性和有效性;进一步研究了不同土参数变化以及不同端部约束条件下管道结构随机振动行为规律.     

结构振动特性在线识别的理论模型和计算方法

环境自然激励作用下的大型结构动力特性在线识别方法受到广泛的关注,这个方法仅仅利用结构自然响应的被测试数据,识别结构动力特性．Ibrahim方法和ARMAV方法是基本的识别方法．该文研究了受随机激励作用动力学模型,给出了有别于传统谐波恢复的子空间分解识别方法．数值仿真结果表明,该方法对结构振动特性的识别具有较好的鲁棒性和较高的计算精度．     

一个刚柔耦合的火箭发射架动力学模型

对刚柔耦合火箭发射架进行了动力学建模．将火箭发射架分成两个子系统,一个是多刚体系统,另一个是空间大位移运动的柔性发射管．先对这两个子系统的动力学分别建模,然后再考虑这两个系统之间的动力学耦合,从而获得整个系统的动力学模型．这种方法把复杂系统离散成简单系统,再由现存的简单系统的动力学模型组合成整个系统的动力学模型,使得整个建模过程高效、方便．     

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．     

半车车辆-道路耦合动力分析模型的研究与应用

在不平整路面上行驶的车辆会产生道路与车辆的耦合振动.为简化分析,先将车辆和道路视为两个子系统,然后再耦合为一个整体系统.车辆采用1/2车辆4自由度模型,道路采用弹性多层体系有限元模型,通过轮胎与路面的位移相容条件,建立车辆-道路整体耦合动力分析模型,推导出了系统的动力平衡方程组,并探讨了方程组的解耦方法,提出了反映车辆运行品质和道路设计参数的理论计算指标,为车-路耦合动力分析的深入研究,以及系统研究道路结构设计参数与车辆运行品质的相互关系提供理论基础和求解依据.此外,通过解耦和编程分析,还对沥青路面和水泥混凝土路面两种典型路面结构的运行品质指标进行了分析和评判,以期为不同路面结构设计和分析提供参考.     

耦合级联失效系统可靠性建模与分析

现实生活中绝大多数系统并不是孤立存在的,如通信网和电网,它们相互依存、相互影响,这种系统间的耦合关系使得级联失效范围变得更广,导致级联过程更为复杂,从而影响整个系统可靠性及其正常运行。针对此问题,论文以电力通信系统为研究背景,给出了耦合系统转移率的解析表达,分析了元件负载增加影响元件故障率的级联失效效应和子系统间的相依关系,建立了耦合级联失效系统的可靠性模型,并证明了系统可靠度的计算方法和解析式结果。并且利用一个算例展示了耦合系统发生级联失效的具体过程,以验证该方法的有效性与可行性。本文为基于负载和时间的耦合系统的级联研究提供了新的思路,可拓展至不同的耦合关系、耦合强度以及不同的负载分配模式来进一步研究系统的级联失效过程以及可靠度分析。     

液固耦合系统中液体的有限幅晃动力及晃动力矩

研究弹簧-质量系统与圆柱贮箱类液体有限幅晃动系统间的非线性耦合动力学问题。在建立了六自由度非线性耦合动力学模型的基础上,导出了液体有限幅晃动力和力矩解析表达式。指出在终了构形上积分及压力表达式中的非线性项是有限幅晃动作用力、作用力矩非线性的根源。x、y方向结果之间良好的对称性在很大程度上证明了结果的正确性。通过耦合机理分析可知,这样的理论结果应具有较大的普适性。数值仿真结果与有关实验结果进行了对比。分析认为,在终了构形上求晃动力、晃动力矩较为合理。舍去的高维模态基底及高阶非线性项以及液体晃动阻尼的复杂性是导致偏差的重要原因。     

薄板热力耦合的屈曲分析

基于Rayleigh-Ritz理论,采用有限元方法,推导了薄板在热力耦合载荷作用下屈曲临界载荷的表达式.假设力载荷与热载荷同时加载,采用MATLAB编译环境编写的有限元程序求解薄板结构在热力耦合载荷作用下的屈曲临界载荷.在做屈曲分析时,热载荷以温度场的形式施加到节点上.采用非均匀温度场加载,分析了力载荷分量与热载荷分量对薄板结构失稳的影响.研究结果表明,随着给定温度载荷、力载荷的增加或者降低,临界载荷随之增加或者降低,它们几乎呈线性变化.