浅析平面丝网气动载荷的风洞阻尼网设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com基于平面丝网气动载荷的风洞阻尼网设计口刘宗政1,2口陈振华口彭强口杨文国口周平1．清华大学精密仪器与机械学系北京1000842．中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000摘要：阻尼网是风洞稳定段中对气流进行整流的重要装置之一，对承受气动载荷的丝网进行强度分析，探索一般的设计计算方法具有重要意义。通过有限元分析法和解析法对平面丝网进行了强度计算，同时对拉网弹性机构进行了设计计算，提出了大型风洞阻尼网的一般设计计算方法，该方法已成功运用于某大型风洞阻尼网的设计。关键词：气动载荷风洞阻尼网设计中图分类号：TU351文献标识码：A

2、文章编号：1000—4998(2010)05—0025—03风洞，是在一个管道内产生可控的人工气流，以供启动和停车时，丝网受到短时间突然变大的轴向冲击实验使用的设备。为了在风洞试验段内获取品质优良载荷，在风洞启动结束至关车区间，轴向载荷在小范围的流场、达到高雷诺数试验和层流翼型技术研究所要内波动，趋于稳定。通常启动和停车时丝网所受轴向力求的低湍流度水平，需要在风洞稳定段内安装若干层是稳定状态时的数倍。阻尼网进行整流。单层丝网主要受气动轴向载荷，该载荷通过拉网阻尼网属于单层平面丝网结构，单层平面丝网的弹簧机构传递至风洞洞壁。本文主要研究单层平面丝主要力学特点是柔性

3、大、结构刚度较小、固有阻尼小，网结构在气动载荷作用下的力学性能、强度和变形”。在外载作用下或支承运动时，容易导致大范围振动】。2丝网强度和拉网弹簧设计计算当受到面外荷载时，丝网的刚度强化明显，丝与丝之间由于接触而相互作用，使丝网几何非线性引起的刚度2．1丝网的强度计算变大。由于一般风洞都是频繁启动和停车的通风回路，风洞运行过程中，丝网在承受较大的冲击载荷时阻尼网频繁受气动载荷冲击，因此分析该类结构的气容易产生强度问题，如部分钢丝被拉断、网受拉后变形动载荷时，需要考虑几何非线性的影响。目前，在风洞过大、产生塑性变形等。因此，必须对丝网进行强度和工程领域，对阻尼网结

4、构在气动载荷作用下强度及变变形分析。方法通常是有限元数值分析方法和解析法。形的研究较少，一般依靠工程经验进行气动稳态载荷2．1．1数值方法的设计计算，迄今为止少有文献提出适合于单层平面单层丝网计算模型如图2所示I3】。按照手册，选取丝网结构在气动载荷作用下的阻尼网设计计算方法。一定规格的不锈钢丝网，确定丝的直径和通气率，通常本文分析了阻尼网在风洞中所受的气动载荷，利用有生产型风洞阻尼网尺寸很大，因而对整个丝网建立数限元分析方法和解析法对丝网强度和拉网弹簧机构进学模型工作量太大，实际计算时，通常建立一个较小模行了设计计算，提出了具体设计方法，并成功应用于我块的丝网

5、模型进行等效计算。国某大型超声速风洞阻尼网设计中。由于丝网整体承受气动轴向载荷，在整个受力截面上，载荷近似均布，计算时边界条件如下：1单层丝网气动载荷分析一是载荷等效作用在该单元中心钢丝横截面上，单层丝网结构由不锈钢丝网和周边一系列拉网机构组成，拉网机构锚挂在周边稳固的支承结构上。网状布置的单层丝网受力形成凹状的双曲率曲面，由于两个方向的丝呈正交布置，各方向受力近似相等。风洞启动时，稳定段内风速逐渐增加至稳态，由于稳定段来流非均匀气流，阻尼网的最前面一层受力状况最为恶劣，通常对这一层阻尼网进行分析和计算。图1是风洞从启动到实验结束整个运行过程中第一层丝网的受轴向

6、力(垂直于丝网平面)简图。在风洞收稿日期：2009年11月机械制造48卷第549期2010／5国学兔兔www.xuetutu.com载荷大小选取丝网所受的轴向冲击载荷，并考虑一定式中：z为网的净孔长；d为网的丝径。安全系数；lm宽网上不锈钢丝总截面积为：二是单元周边约束为不可移动，这是由于单元之Fl=竹X／4间没有相对运动，对整个丝网而言，由于周边是弹簧拉网上的应力：P／F紧机构，周边约束应为可以移动；由此，可计算出丝网应力。三是丝网的钢丝之间约束为接触且无穿透(存在2．2拉网弹簧的设计计算接触应力)，在面外载荷作用下，横向丝与纵向丝交错丝网周边有一系列拉网机构

7、，该机构锚挂在周边叠加并紧密接触，丝是细长体，易于产生轴向弹性变稳固的支承结构上，通过弹簧支撑，弹性拉网机构可有形，轴向弹性变形会影响丝与丝之间的接触应力。效增加缓冲。进行阻尼网设计，必须同时进行弹簧的设进行网格划分后，利用有限元分析软件进行计算，计计算。结果如图3所示，网的应力从中心区域至周边逐渐减2．2．1弹簧间距的确定小，按照强度理论，设计选取最大应力值。位移结果同弹簧是用来支撑丝网的机构，一般大型风洞，阻尼样是中心区向周边逐渐减小，模型只是一个较小单元，网通常有数层，由于稳定段一般为圆形截面，因此每层该位移可作为参考。网沿周向均布若干个弹簧拉紧机构，假定

8、为Ft,个，则2．1．2