考虑颤振特性的舵面结构拓扑优化

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1、大连理工大学硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．II1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2结构颤振分析与优化控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．3结构拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．

2、．31．4本文主要工作内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42结构拓扑优化与颤振分析方法⋯⋯⋯．．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1结构拓扑优化的数学算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一62．2结构颤振分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．92．2．1时域法求颤振速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．2．2频域法求颤振速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．152．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193舵面结构有限元分析⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1舵面结构的有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．2舵面结构有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯213．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234舵面结构的颤振拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．1约束颤振阻尼的舵面结构颤振拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．1．1约束颤振阻尼的颤振拓扑优化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．244．1．2约束颤振阻尼的颤振拓扑优化过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯．254．1．3舵面结构颤振优化结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2分离弯／扭模态频率的舵面结构颤振拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34．4．2．1分离弯／扭模态频率的颤振拓扑优化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯344．2．2舵面结构颤振优化结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．3两种优化模型的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．4考虑颤振特性的舵面结构两级优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．4．1考虑颤振特性的两级优化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．424．4．2舵面结构

5、颤振优化结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50——III·—考虑颤振特性的舵面结构拓扑优化参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51攻读硕士学位期间发表学术论文情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54大连理工大学学位论文版权使

6、用授权书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1概述结构在受到外界不平衡力作用时会吸收部分能量以弹性变性能的形式存储。当外载荷撤销之后，结构便会通过振动来释放内部多余的能量。但是在各种阻力的作用下，如果没有进一步的能量输入，结构会通过内部分子间的相互作用以及结构与周围环境的相互作用将这部分能量完全消耗掉。但是如果结构是正处于飞行状态的飞行器时情况却有所不同。当飞行的速度比较小时，飞行器受干扰产生的振动仍然会逐渐衰减掉。但是当其飞行速度增大到一定程度之后，其振动振幅便能保持不变

7、，在输出能量的同时也吸收了等量的能量。这种现象在气动弹性中被称为颤振。而使飞行器产生这种现象的速度被称为颤振速度。颤振是飞行器设计中必须考虑的因素，当飞行器的飞行速度超过临界颤振速度时，其振幅和结构内部的气动力都有可能产生剧烈变化。颤振是飞行器飞行过程中最严重的一种动不稳定现象，对飞行器的安全和稳定性构成极大威胁，从而造成飞行器突发性失效。不仅如此，颤振发生时会对飞行器的运行状态产生严重的影响，很可能导致飞行器灾难性的破坏。在某些飞行器结构中，尽管某部分结构的颤振不会使整体系统产生严重破坏，但是结构经常颤振

8、会使其疲劳强度下降，从而影响结构性能以及降低飞行器结构的使用寿命。自从发现飞行器在飞行过程中极易产生颤振现象之后，就有大批科研工作者投身到研究颤振控制和提升颤振速度的工作中。经过半个多世纪的发展，飞行器颤振方面的研究取得了丰硕的成果，产生了多种颤振控制方法并得到了广泛运用。1．2结构颤振分析与优化控制结构颤振涉及到气动弹性力学和结构动力学问题，是最重要也最难以预测的气弹现象【l'引。近几十年来，业内人士对结构的颤