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《大连理工大学》 2007年
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机翼气动弹性湍流数值模拟和阵风响应功率谱法

脱朝智  
【摘要】: 颤振和抖振基本涵盖了大型商用和民用飞机的基本气动弹性问题。对这类问题的研究可以直接应用于大型民航客机的颤振和阵风响应设计分析。Theodorsen函数建立于势流不可压缩理论假定,适用于小变形二维流动,是机翼气动弹性问题仅有的几个解析求解工具之一。对于现代后掠超临界翼型和翼尖设计,Theodorsen函数不再适用。随着计算技术的发展,CFD已经成为空气动力学的有力工具。针对此类流固耦合问题,孙东科等提出基于高斯-赛德尔算法的通用解法及其在CFD求解中相关网格控制算法。本文目的之一在于验证这一系列方法在机翼气动弹性方面的适用性;目的之二是在颤振导数数值求解基础上,用虚拟激励法求解机翼的阵风响应。 为此本文首次使用雷诺平均湍流模型求解了二维翼型截面的颤振导数。所采用的流固耦合分析方法可以潜在用于求解各种流动条件,包括跨音速和超音速下气动弹性问题,Delta翼等三维翼型的颤振分析。本文采用CFD数值风洞,计算结构简谐运动下的气动力,识别湍流场中NACA0012翼型的颤振导数。结果表明:本文得到的颤振导数与Theodorsen理论值趋向一致;个别颤振导数上存在的差异是由于在数值方法中考虑了粘性,且所选翼型具有一定的厚度。这与Theodorsen所假设的二维势流、小扰动和理想平板等假设有本质不同。这种差异会随着流动条件的变化和三维效应的介入而逐渐增大,说明数值方法具有更宽广的应用范围。比较了不同振幅与振动周期下识别的颤振导数,以验证小扰动假设的使用范围。适当增加振动周期下的颤振导数更准确。减小强迫振动振幅使振动更趋向于小变形后,颤振导数更趋向于Theodorsen解。 在上述颤振导识别的基础上,同时考虑竖向阵风的作用,本文进一步研究了复合材料二维机翼的大气紊流响应。采用高效精确的虚拟激励法将大气紊流响应计算转换为简谐阵风激励下结构的响应问题。算法可自动包括多振型之间的耦合效应和激励间的不完全相关性。在具有自主产权的DDJ程序平台上编制了计算程序。计算时间和结果表明,在处理二维机翼在大气紊流响应的随机问题中,虚拟激励法可以快速准确求解航空结构、复杂多自由度体系大气紊流作用的随机响应问题。结合基于湍流模拟的数值风洞和虚拟激励算法,本文提供了求解一个计算大翼展飞机颤振和大气紊流响应的计算平台。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:V211.41

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【引证文献】
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1 白瑜光;湍流场中柔性结构的气动分析[D];大连理工大学;2011年
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1 周密;基于虚拟激励法的汽车行驶平顺性仿真[D];吉林大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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5 赵岩;王德吉;唐光武;张亚辉;;智能桁架平稳/非平稳随机振动高效分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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7 张亚辉;赵岩;林家浩;;复杂结构体系随机振动高效分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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10 陈立勇;黄礼耀;;全动舵面旋弯耦合颤振的抑制措施分析[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
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2 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 王英杰;考虑车体柔性的车—桥动力响应分析及行车舒适性影响因素研究[D];北京交通大学;2011年
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10 余志祥;高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D];西南交通大学;2011年
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【同被引文献】
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10 孙建梅,叶继红,程文;多点输入下大跨度空间网格结构的虚拟激励法[J];工业建筑;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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2 曹丰产;朱乐东;;对桥梁断面颤振导数弯扭耦合振动系统辨识法的思考[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 祝志文;桥梁风效应的数值方法及应用[D];中南大学;2002年
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2 周文博;陈力奋;杨琼梁;唐国安;;基于结构动力学方法的气动弹性分析[J];振动与冲击;2011年04期
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5 陈衍茂;刘济科;;考虑立方非线性的悬索桥极限环振动分析[A];全国结构振动与动力学学术研讨会论文集[C];2011年
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8 全贵燮;王明峰;;DAU-GARNER方法计算跨音速非定常气动力[A];第七届全国空气弹性学术交流会论文集[C];2001年
9 周福;倪振华;;CQC快速算法的一种推导[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
10 程芳;陆志良;郭润江;;机翼跨音速颤振的频域计算[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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1 白瑜光;湍流场中柔性结构的气动分析[D];大连理工大学;2011年
2 林敏;基于虚拟激励法的汽车平顺性仿真研究[D];广东工业大学;2011年
3 刘婷婷;柔性结构风振响应及疲劳研究[D];大连理工大学;2012年
4 赵岩;桥梁抗震的线性/非线性分析方法研究[D];大连理工大学;2003年
5 王建平;贮仓—贮料—桩—地基空间相互作用系统的动力特性及随机地震响应研究[D];西安建筑科技大学;2006年
6 杨立芝;大迎角气动力数值模拟及建模研究[D];西北工业大学;2004年
7 栗怀广;钝体空气动力学的格子玻尔兹曼方法[D];西南交通大学;2010年
8 李生勇;自锚式悬索桥结构可靠性研究[D];大连理工大学;2007年
9 黄海新;自锚式斜拉—悬吊协作体系桥动力响应研究[D];大连理工大学;2007年
10 刘翔;面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 脱朝智;机翼气动弹性湍流数值模拟和阵风响应功率谱法[D];大连理工大学;2007年
2 任娜;桁架桥梁颤振导数的影响因素研究[D];长安大学;2010年
3 顾硕;非定常气动力的结构动力学辨识方法[D];上海交通大学;2012年
4 洪光;基于Fluent软件采用自由振动法识别大跨度桥梁的颤振导数[D];长安大学;2012年
5 高伟;斜风作用下大跨度桥梁颤振导数研究[D];西南交通大学;2013年
6 周芳春;基于虚拟激励法的飞机滑跑谱响应计算[D];南京航空航天大学;2009年
7 胡海波;紊流与扭转振幅对矩形断面柱体气动力的影响研究[D];湖南大学;2010年
8 吕梁胜;基于MIMO系统的颤振导数识别与悬索桥颤抖振研究[D];广西大学;2011年
9 孙维;基于虚拟激励法的车辆平顺性分析及优化[D];大连理工大学;2010年
10 何树林;PC加劲梁悬索桥全桥气弹模型颤振导数识别与颤振分析[D];湖南大学;2011年
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