亞音速氣流中曲壁板氣動彈性響應研究.pdf

1、本文對高速列車中廣泛使用的存在初始變形的曲壁板結(jié)構(gòu)在亞音速氣流和周期外激勵力作用下的氣動穩(wěn)定性和非線性動力學問題進行研究，具體工作如下:
　　1.考慮圓弧形初始變形的二維曲壁板，基于勢流理論和線化小擾動理論獲得了亞音速氣流作用在曲壁板單側(cè)的氣動力的級數(shù)表達式。該氣動力分為由初始變形產(chǎn)生的靜態(tài)氣動力和由結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的動態(tài)氣動力，分析了模態(tài)階數(shù)和系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對靜態(tài)氣動力大小和分布的影響。
　　2.使用微元法和達朗貝爾原理建立了兩

2、端簡支的二維Kelvin模型粘彈性曲壁板在大變形時的非線性振動方程。將方程進行無量綱化后使用Galerkin法進行離散。使用Newton迭代法求解系統(tǒng)的平衡點。研究了系統(tǒng)的平衡點及穩(wěn)定性、分岔特性及相關(guān)參數(shù)對系統(tǒng)平衡點的影響、系統(tǒng)的勢阱分布和吸引域分布等非線性動力學問題。研究表明:隨著來流動壓的變化，系統(tǒng)的平衡點位置、數(shù)目和穩(wěn)定性將會發(fā)生變化，產(chǎn)生分岔現(xiàn)象，分岔點對應的臨界動壓與跳躍位移值與初始曲率及軸力等參數(shù)相關(guān);系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點對應

3、于系統(tǒng)的勢阱位置，系統(tǒng)的勢阱數(shù)量和深度與來流動壓等參數(shù)有關(guān);系統(tǒng)的兩個穩(wěn)定平衡點在參數(shù)空間中存在各自吸引域。
　　3.以氣動力和周期外激勵力聯(lián)合作用下的二維曲壁板為研究對象，考慮粘彈性和幾何非線性，建立了其振動方程，將方程進行無量綱化后使用Galerkin法進行離散。使用數(shù)值計算方法分析了系統(tǒng)的非線性復雜響應。結(jié)果表明:在來流動壓和外激勵幅值參數(shù)空間中，分布著單周期、多周期和混沌區(qū)域;隨著參數(shù)的變化，系統(tǒng)的運動狀態(tài)將會有規(guī)律地變化

4、。在一定條件下時，系統(tǒng)將會產(chǎn)生“跳變”現(xiàn)象。
　　4.考慮了粘彈性和幾何非線性的影響，研究了兩端簡支二維曲壁板在諧波擾動亞音速氣流作用下的非線性動力學特性，通過Galerkin法和數(shù)值計算方法分析了系統(tǒng)的非線性復雜響應，并對氣流的擾動頻率、擾動幅值和恒定部分的氣流速度對曲壁板作單周期運動時的振幅的影響進行了研究。結(jié)果表明:曲壁板系統(tǒng)在參數(shù)空間中分布存在著單周期、多周期和混沌區(qū)域，且系統(tǒng)的大部分運動類型為單閉環(huán)的單周期運動，只在某些