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轴向飞行梁动态特性研究

作　者: 刘松
导　师: 陈怀海
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 轴向飞行梁振动模态热应力材料属性
分类号: TB123
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要

本文主要对轴向飞行梁的振动特性进行了研究,按飞行速度划分为低速和高速两种情况。首先分析了轴向飞行梁在低速时的动态特性,在理论上分别采用牛顿第二定律和Hamilton原理推导了轴向飞行梁的横向振动微分方程,采用Galerkin法将其离散而得到常微分方程,对梁的动态特性进行分析计算,结果表明梁的固有频率随着飞行速度的增加不断降低,并求出梁的临界失稳速度。试验方面以箭为研究对象对其进行模态参数识别。采用了两种试验方法,一是采用动态分析仪Agilent 35670测得箭的频响函数,然后用I-DEAS软件识别出箭的前三阶模态。二是采用高速摄像机记录箭的飞行过程,对箭的的飞行进行定性和定量分析并根据拍摄结果算出箭的第一阶固有频率。采用有限元模拟求解箭的前三阶模态,与试验结果基本一致。其次分析了轴向飞行梁在高速时的动态特性,主要研究了轴向飞行梁在高速飞行情况下,由于气动加热引起的高温效应对结构振动特性的影响。介绍了温度场和热应力场的有限元方法,并将温度场等效为热载荷,用弹性力学的处理方法求解温度场对应的热应力场。其次,将热应力作为结构的一种预应力,推导由预应力引起的刚度矩阵修正。结合金属材料热物理参数随温度变化的一般规律,构造结构的热刚度,应用有限元模拟方法得到结构的固有频率。研究结果表明,升温导致的热应力以及材料属性的改变都会改变结构的固有频率,其中,后者的效果更显著;两者的综合作用下,结构的固有频率有下降趋势,且高阶固有频率比低阶固有频率下降得快。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-21
  1.1. 研究背景与意义  12-14
  1.2. 研究现状  14-19
  1.3. 研究内容与所做工作  19-21
第二章轴向飞行梁在低速时的动态特性  21-47
  2.1. 轴向飞行梁横向振动微分方程的推导  21-24
    2.1.1 牛顿运动定律推导梁横向振动微分方程  21-23
    2.1.2 Hamilton 原理推导梁横向振动微分方程  23-24
  2.2 试验一箭的参数测定  24-27
    2.2.1 箭的物理参数确定  24-26
      2.2.1.1 箭的材料密度测定  24-25
      2.2.1.2 箭的弹性模量测定  25-26
    2.2.2 轴向运动速度对箭的固有模态的影响  26-27
  2.3 试验二箭的振动模态测试试验  27-36
    2.3.1 试验仪器  27
    2.3.2 试验步骤  27-28
    2.3.3 试验数据处理  28-36
      2.3.3.1 模态识别  29-34
      2.3.3.2 附加质量的消除  34-36
  2.4 试验三高速摄像机拍摄箭的飞行试验  36-44
    2.4.1 试验仪器  36-37
    2.4.2 Motioncentral 软件的使用  37-41
    2.4.3 试验步骤  41-43
    2.4.4 结果分析处理  43-44
  2.5 箭的模态的有限元仿真  44-46
  2.6 本章小结  46-47
第三章轴向飞行梁在高速时的动态特性  47-63
  3.1 热模态分析  47-49
  3.2 热应力刚度矩阵的推导  49-53
  3.3 材料物理性能参数随温度的变化规律  53-54
  3.4 轴向飞行梁的热模态有限元仿真  54-62
    3.4.1 有限元网格模型的建立  54
    3.4.2 边界条件  54-55
    3.4.3 材料参数  55-56
    3.4.4 有限元仿真结果分析  56-62
  3.5 本章小结  62-63
第四章热效应对梁动态特性影响的深入分析  63-78
  4.1 材料属性改变对梁的固有模态影响的理论解析  63-64
  4.2 热应力对梁的固有模态影响的理论解析  64-65
  4.3 悬臂梁的情况  65-71
  4.4 两端固定梁的情况  71-76
  4.5 本章小结  76-78
第五章结论  78-81
  5.1 主要工作总结  78-79
  5.2 研究展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
在学期间的研究成果及发表的学术论文  86

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