折叠舵面结构POD降阶建模及动力学分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l444715055
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近些年来,为了减小存储空间、提高运输效率,很多导弹、舰载飞机都会采用折叠舵面的设计。这些采用折叠舵面的飞行器在飞行的过程中,会发生颤振行为,长期的颤振会使折叠舵面的连接处出现间隙。目前,关于线性结构的动力学行为研究已日趋成熟,但是当我们所研究的折叠舵面出现间隙时,就变成一个非线性的结构,某些动力学行为会与线性结构大为不同。本文的研究对象即带有间隙的折叠舵面,首先对折叠舵面进行振动实验,分别折叠舵面结构单个部件的振动实验和折叠舵整体的振动实验。单件的振动实验是分别对折叠舵面机构的上舵面部分和舵轴部分在自由状态下进行锤击实验,并且单独对于舵轴结构,将其根部固支,进行固定边界锤击实验。并且对舵整体进行自由模态实验。之后我们进行基础激励实验,分别随机实验和扫频实验两种,并通过改变激励力量级探究其对折叠舵面一二阶频率的影响。然后我们引入基本的假设使我们所研究的折叠舵系统变成一个简化模型,然后通过哈密顿变分原理列些折叠舵面的动力学方程,通过合适的假设模态函数的选取把该方程离散化,形成一个非线性的常微分方程组。对该方程组进行数值求解,即获得折叠舵面的动响应情况,进而获取前两阶频率。相应的,我们改变激励力的量级探究激励力对折叠舵面动响应的影响并与之间的实验数据进行对比。该项工作的意义还在于在求解的过程中做了一定的模型修正,修正之后的数据可以直接用于后续工作。完成这些工作之后,我们对折叠舵面的模型降阶方法进行研究,在这里分别选用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition-POD)方法与参数适应性POD方法。这里,我们把POD方法和假设模态法相结合,就是利用POD法得到的POD降阶模态作为假设模态函数进行求解。这里的POD降阶模态是根据折叠舵面的实验数据获取的。之后我们对各种不同工况下折叠舵面用POD和假设模态方法的结合去计算动响应,得到其共振频率。这里我们除了做之前改变激励力量级的情形,还做改变结构内部参数的情形,如各接触对之间的间隙值的大小。来探究各参数改变对结果的影响并为后续工作做铺垫。参数适应性POD方法选用Grassmann流形切空间插值法,经典的方法是针对单参数变化而言的,我们试图建立一种多参数的插值方法,对多个不同系统参数变化的情况计算其动响应。通过这些计算得到折叠舵面动响应的数据可以分析出折叠舵面各非线性环节对其动响应的影响,模型降阶方法的研究则可以快速高效的实现本研究对象的数值计算问题。
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