亚音速流下壁板气动弹性复杂响应研究

论文摘要

高速列车在运行时的马赫数大约为0.3,高速列车的车身蒙皮以及车窗结构都属于壁板结构,所以有必要对亚音速流下壁板结构的气动弹性问题进行研究。基于不可压缩流体势流理论亚音速气动力和弹性薄板弯曲理论建立薄板气动弹性耦合运动方程。采用微分求积法对气动弹性方程进行离散,通过数值计算对二维薄板和三维薄板的气动弹性问题进行了系统的研究。研究的主要内容如下：1、将不可压缩流体势流理论亚音速气动力导入二维粘弹性薄板的振动方程得到薄板在亚音速气动荷载作用下的耦合运动方程。考虑一端固支一端具有线性弹簧支承边界条件,用微分求积法对运动方程进行离散,再通过特征值分析方法,对系统发生失稳的方式以及初始应力、粘弹性阻尼系数和质量比等参数对失稳临界动压的影响进行分析。2、用微分求积法对四边简支受到初应力和亚音速气动力作用的三维正交异性板的稳定性进行分析。通过特征值分析方法,对系统失稳的方式进行了研究。讨论了长宽比、质量比和初应力等参数对系统失稳临界动压的影响。3、建立粘弹性薄板边界非线性弹簧支承以及亚音速气动荷载作用下的耦合方程,通过微分求积法对运动方程进行离散化,再对离散方程进行数值积分求解。研究了以气动压、初应力和粘弹性系数等参数对系统分岔行为以及通向混沌的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 壁板气动弹性响应研究现状
• 1.2.1 亚音速气动理论的研究现状
• 1.2.2 壁板气动弹性响应问题分析方法研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 粘弹性二维板在亚音速流中的线性颤振分析
• 2.1 引言
• 2.2 薄板几何模型及基本方程
• 2.3 微分求积法离散格式
• 2.3.1 微分求积法简介
• 2.3.2 微分求积法对运动方程的离散
• 2.4 数值求解及结果分析
• 2.4.1 颤振失稳分析
• 2.4.2 无量纲弹簧刚度系数对临界动压的影响
• 2.4.3 初应力对临界动压的影响
• 2.4.4 质量比对临界动压的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 亚音速流作用下三维正交异性板的稳定性
• 3.1 引言
• 3.2 三维正交异性板几何模型及基本方程
• 3.3 微分求积法离散
• 3.4 数值求解及结果分析
• 3.4.1 屈曲失稳分析
• 3.4.2 长宽比对屈曲失稳临界动压的影响
• 3.4.3 初应力对屈曲失稳临界动压的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 亚音速流下粘弹性板的分岔与混沌研究
• 4.1 引言
• 4.2 几何模型和数学模型
• 4.3 系统分岔分析
• 4.3.1 二维粘弹性板以动压λ为参数的分岔分析
• 0为参数的分岔分析'>4.3.2 二维粘弹性板以初应力N₀为参数的分岔分析
• 4.3.3 二维粘弹性板以粘弹性系数α为参数的分岔分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况