含不确定参数的复合材料壁板热颤振分析

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1、第31卷第1期2010年1月航空学报ACTAAERONAUTlCAETASTR()NAUTICASINICAV01．31NO．1Jan．2010文章编号：1000—6893(2010)01—0119—06含不确定参数的复合材料壁板热颤振分析苑凯华，邱志平(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)ThermalFlutterAnalysisofCompositePanelwithUncertainParametersYuanKaihua，QiuZhiping(schoolofAeronauticScienceand

2、Engineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：研究了含有不确定结构参数的壁板颤振问题，利用yonKarman大变形应变一位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型，考虑在壁板颤振分析模型中存在的不确定参数，将其用区间向量定量化，基于区间扩张理论和Taylor级数展开，并结合有限元计算方法，提出了区间分析的方法来估计含有不确定参数的壁板结构颤振临界风速的区间。以及发生极限环振

3、动时振幅的变化区间。通过数值算例，将本文提出的壁板颤振的区间有限元模型与随机有限元模型进行了比较，显示了本文方法的有效性和可行性。这种方法的优点是只需要知道不确定参数的所在范围界限，为解决含有不确定参数的壁板颧振这类复杂的气动弹性动力学问题提供了一个途径。关键词：颤振；临界风速；极限环振动；不确定性；区间分析中图分类号：0326文献标识码：AAbstract：Thepanelflutterwithuncertainstructuralparametersisstudiedinthisarticle．BasedonyonKat-

4、man’slargedeflectionplatetheory。pistontheoryaerodynamicsandquasi-steadythermalstresstheory，anaeroelasticmodelofacompositepanelisestablished．Theuncertaintiesinstructuralparametersareeonsid—eredanddescribedbyintervalnumbersonthebasisofadeterministicpanelflutteranalysi

5、smodel．ByvirtueofintervalextensionandTaylorseriesexpansioncombinedwiththeapplicationofthefiniteelementmeth-od，anintervalanalysismethodispresentedtOestimatetheintervalsoffluttercriticalwindspeedandampli—tudesoflimitcycleoscillations．Theproposedintervalfiniteelementmo

6、delandthestochasticfiniteelememmodelforpanelflutteranalysisarecomparedbynumericalexamples，andtheresultsshowtheefficiencyandfeasibilityofthemethodpresented．Theadvantageofthismethodisthatonlytheintervalsofuncertaintiesarerequired，anditprovidesawaytOsolvecomplexaeroela

7、sticdynamicproblemssuchaspanelflutterwithuncer-tainparameters．Keywords：flutter；criticalwindspeed，limitcycleoscillations；uncertainty；intervalanalysis壁板颧振是在高速气流中的壁板结构发生的一种自激振动现象，它通常发生在高速飞行的飞行器上。随着现代高速飞行器的研制，壁板颤振问题受到越来越多的关注。气动加热效应、非线性气动力以及结构的非线性等已经成为了壁板颤振分析中的重要研究课题[1’5

8、]，目前主要的研究还是在确定性范围内进行的。由于现代飞行器上广泛使用复合材料，而复合材料的属性经常存在很大的分散性[6]，包括几何特征(材料的弹性模量、剪切模量、密度)以及外部属性等，使得壁板结构收稿日期：2008—12一01；修订日期：2009—02—18基金项目：航李科学