壳体动响应阻尼系数的ALE数值反演研究

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1、第4卷第3期2013年8月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．3Aug．2013文章编号：1674—8190(2013)03—299一07壳体动响应阻尼系数的ALE数值反演研究刘超，孙秦(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：圆柱壳体作为航空航天工程中的主要结构构形，对其在空气中运动的阻尼特性进行研究具有重要意义。首先运用有限元软件L孓DYNA的任意拉格朗日欧拉算法(ArbitraryLagrangian-Eulerian，

2、简称ALE)模块对不同几何尺寸的圆柱壳体在空气中的运动历程进行动响应计算分析，并通过不同尺度大小空气域对数值计算的准确性进行验证；然后采用粘性阻尼模型模拟空气作用，用Isi曲t优化软件进行最佳逼近，反演出与空气对圆柱壳体作用等效的质量阻尼系数和刚度阻尼系数，并应用于加筋模型和缩小尺寸模型进行验算。结果表明：用反演系数计算的结果和ALE结果吻合良好，质量和刚度的改变对阻尼系数没有明显影响。关键词：有限元方法；圆柱壳体；动响应；ALE；阻尼特性中图分类号：V214．3+6文献标识码：AALENumericalIn

3、VersionResearchonDampingCoefficientsofShell’sDynamicResponseLiuChao，SunQin(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)AbstI。act：Cylindricalshellplaysanimportantroleinaerospaceengineering，anditisofgreatsignificancetore—searchon

4、dampingcharacteristicsduringitsmotionintheair．FirstlythedynamicresponsesofcylindricalshellsareanalyzedusingtheArbitraryLagrangian_Eulerian(ALE)finiteelementmethodinL孓DYNAsoftware，andtheva“dityofthemodelisverified．Thentheequivalentdampingcoef“cientsofthesyst

5、emareobtainedusinginversionmethodbytheIsightsoftware，whichareverifiedbycomparingwithcorrespondingmodels．There—sultsindicatethattheinversiondampingcoefficientscanbeusedtoreplacetheALEmethodinsimulatingcylin—dricalshelrsmotionintheair，whilethestiffnessandmass

6、areoflittleeffectondampingcoefficients．Keywords：finiteelementmethod；cylindricalshell；dynamicresponse；ALE；dampingcharacteristics0引言圆柱壳体结构广泛应用于航空航天结构中[1]。圆柱壳体在空气中运动时，空气会对结构产生阻力，消耗结构运动的能量。准确计及这种空气的阻尼作用时，一般可以使用流固耦合[2’31算法，该计算方法不仅可以得到结构的动态响应，还能得到大气环境的动态变化，但流固耦合数

7、值计算相当耗费时收稿日期：2012—10一12；修回日期：2012—12—13通信作者：刘超，1iucha0060010@163．com间；而若知道气动阻尼参数，则可应用结构动力学数值方法，仅对结构动态过程予以计算，获得结构的动态行为控制与设计。因此，获取空气对结构运动的阻尼参数很有必要。本文首先采用LS—DYNA[43软件的ALE流固耦合口‘71算法模块对不同几何尺寸的圆柱壳体结构进行空气中的结构运动响应分析，通过取不同大小的空气域尺度对数值计算的准确性进行验算，并以此作为结构的标准响应数值；再建立结构动力

8、学有限元模型并进行数值计算，取标准数值中的时空离散点数值，依据最小二乘原理，对动力学模型中的阻尼参数用Isight优化软件[83进行最佳逼近反演，300航空工程进展第4卷最终获得高精度结构动力学模型的粘性阻尼系数(质量阻尼系数和刚度阻尼系数)。1动力学算法概述LS—DYNA在计算流固耦合问题时一般采用ALE[93算法。该算法采用结构域的Lagrange网格和大气区域的Euler网格，并按时程步长在两