基于半解析谐波平衡方法的航空发动机整机系统非线性振动特性研究

作者： 陈毅     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 非线性振动   双稳态   半解析谐波平衡方法   高维复杂非线性  

描述： 结果表明,中介轴承动载荷对应的幅频响应中的非线性特性和转子系统的振动响应幅频响应中的是一致的。增加中介轴承间隙,系统在主共振区的双稳态特性会更加明显。与Newmark方法相比,改进的半解析方法的求解效率提高15倍,且能获得系统的不稳定周期解,更适用于开展深入的非线性机理研究。

飞机前起落架模型的Hopf分岔研究

作者： 张瑜     乐源.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 摆振   中心流形   Hopf分岔   第一李雅普诺夫系数  

描述： 本文以具有高阶非线性因素的三维近似光滑起落架系统为研究对象,研究了一类飞机前起落架系统的Hopf分岔。为方便计算,采用中心流形简化方法将三维前起落架系统简化为具有非线性因素的平面动力系统,再利用平面系统的分析方法完成对高维系统的研究。利用经典分岔理论研究系统的Hopf分岔,通过理论推导求得起落架系统的第一李雅普诺夫系数的表达式,并根据其符号判断了起落架系统的Hopf分岔类型。采用数值方法求解其运动微分方程,得到系统单参数分岔图以及双参数分岔图,并绘制特征值实部图,揭示了在超临界Hopf分岔点的邻域内存在一个稳定的极限环,验证了理论推导的正确性。采用数值分析方法分析了速度,稳定距以及垂直载荷对起落架系统摆振运动的影响,为了抑制摆振运动,得出速度,稳定距以及垂直载荷的合理范围。从理论和数值两方面分析了Hopf分岔点邻域内的动力学特性。研究结果可为飞机起落架系统的优化设计提供理论依据。

基于形状记忆合金的航空发动机变刚度支架设计及减振

作者： 张文涛     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   变刚度   非线性振动   非线性动力学   双转子—轴承系统  

描述： 航空发动机为飞机提供动力,是飞机的心脏,直接影响着飞机的性能和可靠性,附件系统和连接结构是航空发动机不可缺少的部分,发动机的过度振动通常会造成附件和连接结构的变形破坏,这将直接影响发动机的服役性能和结构安全性。因此亟需厘清航空发动机附件—连接结构的振动特性,并对连接结构进行减振隔振设计以确保飞机安全性。本文以某型号航空发动机整机系统为研究对象,提出了基于双转子-轴承系统的机匣-连接结构-附件系统的一体化建模方法,应用解析及数值方法对此动力学系统模型进行分析,研究航空发动机整机系统外接附件-连接结构的非线性动力学行为机理,并且针对连接结构进行减振隔振设计,采用拓扑优化和基于形状记忆合金的变刚度设计,实现航空发动机附件系统的主动减振,分析了无故障和不对中故障下变刚度支架的非线性动力学特性,对比了变刚度连接结构的减振效果。

航空发动机双转子系统耦合故障机理研究

作者： 张昊鹏     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 耦合故障   航空发动机   非线性动力学   轴承系统   HB   双转子   AFT  

描述： 双转子-轴承系统作为航空发动机的核心,其动力学行为对航空发动机整机振动特性有重要的影响。因此,本文围绕航空发动机双转子-轴承系统,建立了双转子的动力学模型与故障模型,分析了不同工况与故障参数对双转子系统各关键部件与整机振动特性的影响。建模时,通过第二类拉格朗日方程与有限元理论分别建立了转盘、转轴、普通轴承、中介轴承单元,同时考虑了瞬态项对模型的影响以及各物理量间的变换关系。为了提高双转子有限元模型稳态响应的求解效率,基于经典的时频域转换(AFT)思想与现有的谐波平衡-时频域转换(HB-AFT)方法,针对有限元模型改进了数值求解Jacobian矩阵的方法,提高了该方法的通用性。在双转子系统动力学模型的基础上,本文对松动-碰摩耦合故障、不对中-碰摩耦合故障双转子系统进行了研究,得到了振动特性随故障参数及工况参数的变化规律。本文的研究成果可一定程度上为双转子系统结构优化提供理论基础,为航空发动机故障诊断提供先验信息。

飞机着陆动力学建模与仿真分析

作者： 李双宝     张博.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 有限元   四分之一车辆模型   安全分析   着陆动力学   轮胎动力学  

描述： 本文针对关乎航空安全的飞机着陆动力学,详细建立了一个新的七自由度飞机单轮着陆动力学模型和飞机单轮主起落架有限元模型,并提出一种新的航空轮胎仿真实验方法,进行着陆动力学仿真和安全分析。动力学模型中的航空轮胎被简化为通过三个弹簧阻尼连接的轮辋和带束环,以描述轮胎在不同着陆阶段的垂直、纵向和周向运动。结合橡胶磨损理论和牛顿第二定律对不同着陆速度和跑道条件下的胎面磨损和轮胎载荷进行数值计算。有限元模型中,首先利用Ogden模型描述轮胎橡胶中应力-应变之间的关系,并通过经验公式和静力学仿真分析对航空轮胎模型进行修正,然后基于隐式动力学算法仿真分析飞机在不同着陆速度下轮胎的承受载荷和变形情况,以获得轮胎变形、载荷的变化趋势以及飞机机身和轮胎的运动状态,并结合适航标准对轮胎安全状况进行分析。结果表明飞机在着陆过程中需要严格控制其降落速度,速度过大导致轮胎损伤甚至会造成人员伤亡,速度过小飞机滑移距离过大有冲出跑道的风险。

航空发动机复合材料叶片颤振的快速分析方法

作者： 任双兴     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 参考节点坐标系法   颤振分析   航空发动机叶片   复合材料板  

描述： 近年来先进航空发动机逐渐向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展,充分利用复合材料的优异性能,进行复合材料叶片结构设计和参数优化,是航空发动机叶片的未来研究趋势之一。以旋转复合材料层合板为研究对象,建立了复合材料本构关系。基于参考节点坐标系法,以轮毂所在中心为参考坐标系圆心,以地面参考系为绝对参考坐标系,建立了旋转层合悬臂板结构动力学模型,利用活塞理论假设超声速气动力,并以外力形式导入结构动力学模型中。利用Newmark-Newton Raphson迭代方法求解非线性方程组得到系统的振动响应,分析了复合材料叶片参数、旋转速度和来流速度等参数对系统振动特性的影响规律,基于能量法实现了流固解耦的复合材料叶片颤振分析。研究结果表明,与基于绝对节点坐标系法相比,基于参考节点坐标系法的复合材料层合板颤振分析计算效率提高了数十倍。

飞机吊架振动特性及吸振设计

作者： 王丁     孙艳坤     李双宝.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 吊架吸振   吸振器设计   吊架振动特性   发动机吊架  

描述： 。基于目标发动机在起飞、巡航、空慢三种工况下的振动参数,分析了吊架吸振结构的振动特性。针对吊架结构不同关键部位的振动响应,对比了吊架吸振结构与吊架结构振动位移响应,如图1所示。研究结果表明:吊架吸振

航空发动机变刚度支架设计及振动控制

作者： 张亦弛     路宽     杨洋     王子尧     程晖     傅超.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   形状记忆合金   可变刚度   拓扑优化  

描述： 航空发动机连接结构振动故障会严重影响发动机的正常运行甚至造成机毁人亡的惨剧,需要采取一定的减振或隔振措施。航空发动机支架是至关重要的连接件,其位于机匣和附件之间,起到关键的支撑和传递载荷的作用。由于支架自身结构和尺寸的限制,传统减振方法不适用于支架结构。针对此问题,本文基于形状记忆合金材料设计了一种刚度可变的航空发动机支架,以此避开共振频率,实现航空发动机附件系统的主动减振。首先根据机匣和附件的相对位置建立支架初始模型并进行拓扑优化,在满足强度的要求下大幅减轻支架质量。之后将支架部分材料使用形状记忆合金进行替换完成了变刚度设计,并分析了温度对支架变形、应力及刚度的影响。最后将所设计的变刚度支架用于航空发动机机匣-支架-附件系统,建立了一体化有限元模型并求解其动力学响应。在单一及耦合故障激励频率下研究了变刚度支架对附件系统的减振效果,最后进行了不同温度下的扫频仿真,获得了系统共振频率及幅值随温度的变化规律,对航空发动机支架减振设计具有一定的指导意义。

智能结构的力学行为：从航空航天到4D打印

作者： 冷劲松.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 4D打印   智能结构   力学行为  

描述： 和力学性能可调的形状记忆聚合物材料;设计了多种基于形状记忆聚合物复合材料的智能主动变形结构,在天问一号火星探测器中成功应用,是国际上首次将形状记忆聚合物智能结构应用于火星探测工程,相关成果获2021年度

不确定性参数影响下航空动力装备系统动态响应分析

作者： 杨洋     曹登庆     马辉     杨翊仁     曾劲.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空动力装备系统   不确定性   碰摩   机动飞行  

描述： 航空装备机动飞行通常会诱发复杂的参数激励和惯性效应,导致转子系统发生剧烈的涡动,继而明显提高碰摩故障发生的可能性,严重影响航空动力装备的安全运行。受安装精度、疲劳磨损、多载荷环境等诸多因素影响,航空动力装备中的关键设计参数多呈现区间不确定性。因此,本文聚焦含不确定性参数的航空动力装备在机动飞行条件下的动态区间响应特性及碰摩响应规律。针对机动飞行可能诱发的大幅涡动问题,将转子系统中应变-位移几何非线性纳入考虑。同时,借助全新的碰摩力模型,刻画航空动力装备表面涂层对碰摩机理的潜在影响,并辅以试验对其有效性进行验证。在此基础上,利用区间数学和非线性动力学的交叉优势,定量分析系统动态响应区间随关键不确定性参数的演变规律,进一步厘清航空动力装备系统在不同转速、不同装配情况以及不同机动条件下的动态响应特征。研究结果有助于揭示动力装备系统非线性动力学特性,并从区间分布角度掌握不确定性系统包络分布情况。