大展弦比后掠机翼静气弹效应对气动载荷的影响实验与分析

通过实验与理论分析结合的方法,针对静气弹效应对大展弦比后掠机翼气动载荷影响的问题进行了研究。加工了三副刚度各不相同的机翼,在一系列工况中进行风洞实验,对各个模型的气动载荷进行测量,通过对比可以得到机翼弹性对气动载荷的影响量。在理论分析中通过工程梁理论计算弹性机翼变形,通过升力面理论计算弹性变形引起的气动力增量,在二者之间迭代收敛后得到机翼弹性对气动载荷的影响量,并将其与实验结果进行对比。对比结果表明理论分析和实验吻合程度较好,表明了在机翼气动载荷计算中计入静气弹效应后,大展弦比后掠机翼的弯矩会有显著的降低,对于减轻结构重量有重要的意义。     

大展弦比机翼非线性颤振特性研究

为了研究大展弦比机翼水平弯曲模态参与耦合时的颤振特性,首先用考虑几何非线性的颤振分析方法研究了某大展弦比机翼的颤振特性,建立了大展弦比机翼非线性颤振分析的简化模型,即盒段模型;然后通过组合不同的水平弯曲频率、扭转频率形成不同的接近模式,系统分析了不同接近模式对盒段模型非线性动力学特性的影响规律,提出了水平弯曲频率和扭转频率发生模态交换的存在条件。在此基础上通过对盒段模型进行非线性颤振分析发现:水平一弯模态参与耦合降低了机翼传统模式的线性颤振速度,增大水平一弯的频率有助于该类颤振速度的提高;在水平一弯频率和扭转频率逐步接近时,会导致机翼颤振速度显著下降,且颤振类型会由水平一弯和垂直弯曲耦合的颤振转化为水平一弯和扭转耦合的颤振。     

基于螺旋桨滑流效应的大展弦比机翼气动弹性分析

以高空长航时大展弦比太阳能无人机机翼为研究对象，针对分布式电驱螺旋桨滑流和大展弦比机翼之间耦合的复杂气动干涉问题，采用滑移网格方法、动网格技术、SST k-ω RANS湍流模型和CFD/CSD （Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics）双向流固耦合技术，研究了螺旋桨不同转速、布局方式和气动阻尼对机翼气动弹性响应的影响。数值计算结果表明，螺旋桨滑流会改变机翼表面的压力分布；螺旋桨流场对机翼的扰动频率接近机翼的结构固有频率时，机翼会发生共振；螺旋桨的位置越靠近翼尖，或螺旋桨的数量增多，都将增加机翼气动弹性响应的幅值。     

考虑几何非线性的复合材料机翼气动弹性分析

本文研究结构几何非线性与气动力非平面效应对大展弦比复合材料机翼的气动弹性行为的影响．将非线性有限元法与曲面涡格法结合，计算机翼静气动弹性变形；通过曲面偶极子格网法结合静气动弹性平衡位置处的结构切线刚度，建立气动弹性方程并求解得到机翼颤振速度．针对板模型机翼，分析了迎角对机翼几何非线性气动弹性特性的影响．结果表明：本文复合材料板模型机翼的颤振形式不受水平弯曲模态影响，属于经典弯扭颤振；在几何非线性的影响下，机翼扭转频率随结构变形增大而明显减小，颤振速度随迎角增大而减小．     

铺层参考方向选取对大展弦比机翼静气弹特性影响

以大展弦比机翼为研究对象，利用流固耦合方法对复合材料机翼铺层参考方向进行了数值模拟研究，分析了铺层参考方向轴偏角的改变对大展弦比机翼静气动弹性的影响．研究表明：铺层参考方向轴偏角的改变会对机翼气动弹性产生显著的影响．机翼的总体变形与扭转变形随着参考方向轴偏角的改变呈现周期分布；沿着机翼各个方向的挠度也会因为参考方向轴偏角的改变而产生不同的响应．     

含间隙非线性的大展弦比机翼/外挂系统的气弹响应分析

综合考虑大展弦比机翼的柔性变形和外挂与机翼连接处的间隙非线性,建立了机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Lagrange方程推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行了离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:系统极限环振动的临界速度随间隙的增大而减小,随间隙初偏值的增加而增大;几何非线性可大幅降低系统极限环振动的幅值;随流速的增加,系统呈现出复杂的响应,周期运动与混沌运动相间出现;最后系统发生屈曲。     

外挂物对大展弦比直机翼颤振特性的影响

为提高带外挂物大展弦比直机翼的颤振速度,基于假设模态法提出一种带集中质量弯扭组合梁模态分析手段,结合片条理论考察外挂物不同质量及布置形式对机翼颤振特性的影响。首先,基于弯扭组合梁建立带外挂物大展弦比直机翼的结构动力学模型,并利用假设模态法得到其弯曲和扭转模态。其次,引入片条理论近似计算有限翼展升力面的气动力,调整外挂物的质量、数目及其在机翼展向和弦向的相对位置,得到外挂物对机翼颤振特性的影响规律。最后,利用在机翼前缘附近悬吊小质量外挂物可提高机翼颤振速度的优势,探究颤振速度恢复方法并提出颤振速度恢复的优化问题,使得携带外挂物的机翼与不携带外挂物的机翼颤振速度基本相同。研究结果表明,外挂物的不同悬挂方式可引起机翼颤振模态的跳转,在以俯仰为颤振主模态的机翼上可调整外挂物位置以恢复原机翼的颤振速度。     

基于传递函数法的带多个外挂机翼颤振分析

基于带外挂机翼结构和气动特点，使用带有半解析半数值特性的传递函数方法进行处理．首先，通过机翼的运动微分方程、二元机翼非定常气动力Therdorson 模型、结合外挂挂载处的内力平衡与位移状态条件，得到了三维的带多个外挂大展弦比机翼的颤振微分方程．进而，使用传递函数方法，先将颤振计算方程整理成为状态空间方程形式，结合求解复特征值的方法，完成了带多个外挂大展弦比机翼的动气动弹性稳定性分析．对比已有文献的计算结果以及通过有限元方法进行的仿真结果，证实了文章所提计算方法的准确性和高效性，结合传递函数方法的优势，进一步将文章方法拓展到机翼的固有频率和发散速度求解．文章结尾，分析了外挂数量、外挂质量、转动惯量及位置分布等变量对带多个外挂大展弦比机翼的动气动弹性稳定性的影响．     

充气式机翼弯矩预测公式的建立与实验验证

基于对充气机翼翼尖加载时机翼发生纯弯曲变形过程中功能转换关系的分析,建立了充气机翼发生纯弯曲变形时的弯矩预测公式,该式表明：机翼翼尖处加载载荷越大、长度越长,机翼翼尖变形量越大,并且翼尖变形量与翼尖加载质量、机翼长度呈线性对应关系;充气压强、翼型截面积越大,翼尖变形量越小,并且翼尖变形量与充气压强和翼型截面积呈反比例函数关系。为验证理论分析结果的正确性,本文进行了NACA0012翼型充气机翼的翼尖载荷实验。实验结果表明：理论计算值与实验数据之间的误差都在10%以内（理论计算值略小）;并且在小压强、大加载时由于机翼弯曲最明显、机翼伸长量最大,误差也最大,但总体上理论计算结果与实验结果基本一致。     

剪力对楔形变截面双模量梁弯曲应力的影响

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置,得到了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式.在考虑剪切变形影响的基础上,利用楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,推导出了楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力计算公式.通过算例分析,讨论分析了楔形矩形变截面双模量梁的楔度比、剪力、长高比等对矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响.研究结果表明:随着楔度比的增大,楔形矩形变截面梁弯曲拉、压正应力绝对值逐渐减小.当矩形截面双模量梁的长高比小于一定比值,剪力会对楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响.得到了拉压弹性模量相差较大的情况,采用经典材料力学理论进行楔形矩形变截面双模量梁的弯曲应力计算分析是不合适的,应该采用双模量材料力学理论对梁弯曲应力进行分析计算的结论.     

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提出该结构体系在水平载荷作用下,可视为夹层复合构件,并提出了计算模型. 根据 变形协调原理对其进行受力分析,建立了多层多跨密肋复合墙体结构横向位移及各组成构件承 受剪力和弯矩表达式. 通过计算分析指出,各组件剪力分配只与各组件刚度及宽度比有关, 内墙板上部分配剪力大于下部,边框反之;各组件局部弯矩系数随$\lambda $的增加而减小,其整体工作性能增强,当$\lambda $增加到一定数值时,其工作性能与悬壁构件类似.     

中频感应局部加热弯管的回弹理论分析和试验研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格、不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了理论分析和实验研究，提出了中频感应避部加热弯制大直径钢管的回弹理论，并与实际弯制的２０、１０ＣｒＭｏ９１０和１２ＣｒＭｏＶ三种钢管弯头实测的回弹量进行了比较，理论计算和试验结果吻合良好。     

中频感应局部加热弯管回弹的研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格，不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了分析和实验研究，提出了中频感应局部加热弯制大直径钢管的回弹理论，计算结果与有限元模拟结果以及实际弯制的２０，１０ＣｒＭｏ９１０和１２Ｃｒ１ＭｏＶ等钢管弯头实测的回弹量吻合良好。     

Shear and Bending Response of a Rigid Plastic Circular Plate Struck Transversely by a Mass*

ABSTRACT

A theoretical analysis is presented for the dynamic plastic behavior of a fully clamped rigid, perfectly plastic circular plate struck transversely by a rigid mass at the center. It is shown that the maximum permanent transverse deformation predicted by a theoretical solution, with combined transverse shear and bending, is similar to that from a bending-only solution when the ratio of shear strength to bending capacity υ is sufficiently large. However, when the strength parameter υ is small, the transverse shear deformation dominates the response and the maximum deformation from a combined shear and bending solution increases sharply with a decrease in υ. It is also found that the transverse shear deformation becomes more important with an increase in the dimensionless mass ratio β and is sensitive to the dimensionless radius ρ₀ of the impact area.     

三向受压混凝土的动态特性研究

为探究混凝土在三向受压状态下的动态特性,利用自行研制的大型多功能三轴材料试验机,进行不同应变速率(10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s)下混凝土不同定侧压比(1:1、2:1、3:1、4:1)的动态真三轴抗压试验,研究了混凝土在动态抗压下的强度和变形特性。结果表明:混凝土在三向受压状态下表现出明显的应变率效应,峰值应力随着应变速率的增加先减小后增大,峰值应力减小最大幅度为5.42%而后开始增大,最大增幅为18.22%。而峰值应力随着侧压比的增大而增大,到达3:1时应力速率敏感性降低。混凝土的峰值应变在低侧压比(1:1和2:1)时随着应变速率的增加而减小,而在侧压比较高(3:1和4:1)时先减小再增大。随着应变速率的增加,裂纹开始从骨料处产生,塑性应变增大,导致峰值应变增大;在动态加载条件下,峰值应变随着侧压比的增大有先增大后减小的趋势。较高侧压比时混凝土的弹性模量随着应变速率的增加具有增大的趋势,最大增幅为240.66%。应力-应变曲线上升段随着应变速率增大越来越陡峭。试件的破坏形态随着侧压比的增大从柱状破坏变为斜剪破坏。     

Bending of functionally graded cantilever beam with power-law non-linearity subjected to an end force

A realistic beam structure often exhibits material and geometrical non-linearity, in particular for those made of metals. The mechanical behaviors of a non-linear functionally graded-material (FGM) cantilever beam subjected to an end force are investigated by using large and small deformation theories. Young's modulus is assumed to be depth-dependent. For an FGM beam of power-law hardening, the location of the neutral axis is determined. The effects of depth-dependent Young's modulus and non-linearity parameter on the deflections and rotations of the FGM beams are analyzed. Our results show that different gradient indexes may change the bending stiffness of the beam so that an FGM beam may bear larger applied load than a homogeneous beam when choosing appropriate gradients. Moreover, the bending stress distribution in an FGM beam is completely different from that in a homogeneous beam. The bending stress arrives at the maximum tensile stress at an internal position rather than at the surface. Obtained results are useful in safety design of linear and non-linear beams.     

一种求解方管稳定性问题的简化方法

采用材料力学中的平面弯曲理论、以及弹性理论中平面应力问题和平面应变问题的转换关系，分析方管在均匀外压作用下的变形、临界压力和应力，得到了方管最大变形、临界压力和最大应力的求解公式．运用有限元分析软件Marc建立有限元模型，分析了方管在外压作用下的变形、临界压力和应力情况．分析结果表明，最大应力出现在凹角处，最大位移出现在各面的中截面处，并将有限元解与本文解作比较，从而验证文本解的正确性．     

Mechanical behavior and wrinkling of lined pipes

The paper focuses on wrinkling of lined pipes (sometimes referred to as clad pipes) under bending loading, where a corrosion-resistant thin-walled liner is fitted inside a carbon–steel outer pipe. The problem is solved numerically, using nonlinear finite elements to simulate liner pipe deformation and its interaction with the outer pipe. Stresses and strains are monitored throughout the deformation stage, detecting possible detachment of the liner from the outer pipe and the formation of wrinkles. The wrinkling behavior of elastic and elastic–plastic (steel) lined pipes under bending is examined. The results indicate that the lateral confinement of the liner pipe due to the deformable outer pipe and its interaction with the outer pipe has a decisive influence on the wrinkling behavior of the lined pipe. It is also shown that the behavior is characterized by a first bifurcation in a uniform wrinkling pattern, followed by a secondary bifurcation. The values of corresponding buckling curvature are determined and comparison with available experimental results is conducted in terms of wrinkle height development and the corresponding buckling wavelength. The results of the present research can be used for safer design of lined pipes in pipeline applications.     

弯曲及拉伸荷载作用下的钢管抗压溃性能研究

钢管在海洋油气资源开发中应用广泛,一般依据在位应用时的荷载进行设计,设计理论较为成熟。但在某些安装工况中的拉伸和弯曲荷载与在位荷载具有相同的量级,此时钢管的设计需要考虑安装荷载的影响。本文针对钢管在承受拉伸和弯曲荷载下的抗外压压溃性能开展研究。基于商业软件ABAQUS建立有限元模型,开展钢管压溃实验与带有弯曲荷载下的钢管压溃实验验证有限元模型的正确性,进而利用验证后的数值模型讨论拉伸、弯曲荷载和两者联合作用下对管道抗外压压溃性能的影响。结果表明,弯曲荷载是影响抗压溃性能的重要因素,弯曲荷载的增加都会使极限压溃值显著下降。管道所受拉伸荷载对抗压溃性能有一定的影响,但影响很小,在两者共同作用下极限压溃值随弯曲荷载的增加都出现先增大后减小的现象,而且极值的位置与拉伸荷载的大小和弯曲荷载有关。因此,在抗压溃设计中应重点考虑弯曲荷载对压溃的影响,可忽略拉伸荷载的影响。本文可为海洋管道的安装起到指导作用。