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基于复模态方法的二维夹层壁板颤振分析
第11卷第4期2013年12月 动力 学 与控 制 学报 Vol.11No.4 16726553/2013/11 /3756 Dec2013 ⑷ JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROL 基于复模态方法的二维夹层壁板颤振分析 1,2 2 杨晓东 边青峰 (1.北京工业大学 机电学院,北京 100124)(2.沈阳航空航天大学 航空航天工程学部,沈阳 110136) 摘要 本文研究二维夹层壁板在一侧受超音速气动力的情况下的颤振现象.利用复模态方法和伽辽金方法 分析颤振临界马赫数以及夹芯粘性阻尼对颤振的影响.结果发现考虑前四阶模态时,由于一二阶频率重合 而使振动能量积聚发生颤振.考虑中间层的粘弹性时,发现随着粘性阻尼的增加,颤振临界马赫数和临界颤 振频率均呈现先降低后升高的现象,其原因是粘弹性一方面降低系统固有频率使得临界马赫数降低,另一 方面又使能量耗散使得临界马赫数升高,在这两种作用的影响下出现了上述复杂的现象.本文的研究结果 有利于颤振抑制时的设计优化. 关键词 夹层壁板, 颤振, 粘性阻尼, 复模态方法 DOI: 10.6052/167265532013049 方面研究了阻尼夹层板的颤振问题.但对于夹层板 引言 粘弹性夹芯对颤振的影响还缺乏系统的分析.本文 飞行器颤振是弹性结构在高速气流中由于受 利用复模态方法研究带有粘弹性材料夹芯的夹层 到气动力,弹性力和惯性力的耦合作用而发生的振 壁板颤振问题.首先用伽辽金和复模态两种方法研 [1] 幅不衰减的自激振动 ,它是气动弹性力学中最重 究了系统的颤振并对比了两种方法,然后分析了粘 要的问题之一,颤振的发生往往导致灾难性的结构 弹性系数对系统振动能量及固有频率以及临界马 破坏.目前对振动问题的分析一般有伽辽金法和复 赫数的影响,发现夹芯材料的粘弹性系数对颤振的 模态法,文献[2]和[3]均用这两种方法研究了输 抑制作用存在双重性,最后讨论粘弹性夹芯对颤振 流管道的固有频率,并对比了它们的特点.复合材 的影响及物理成因. 料粘弹性夹层板由于它质量轻,刚度大,并具有很 1 运动微分方程 好的减振降噪性能,因而在实际工程中得到广泛应 用.1969年,Mead和Markus根据约束阻尼结构的 根据vonKarman理论,建立夹层壁板物理模 [4] 横向位移推导出其六阶微分方程 .1984年,Miles 型如图1所示,几何参数及受力如图2. 首次将约束阻尼技术应用到波音747飞机舱室的 对于面板及夹芯板有如下基本假设: 减振降噪.邓春年等基于虚功原理,提出了一种新 1)夹层壁板服从小变形假设,且各层具有相 [5] 的建立约束阻尼板结构动力学的有限元模型 .文 献[6]对约束阻尼悬臂梁的瞬态响应进行了实验 验证.文献[7]研究了夹层结构的频率与损耗因子 的计算方法.文献[8-10]研究了阻尼对系统振动 的影响.在夹层壁板的应用中,一侧受到气动力,文 献[11-12]在此基础上进行了壁板的颤振分析. 图1 壁板示意图 文献[13]还考虑了热效应对颤振的
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