超声速气流中平板的颤振分析

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1、92s卷95期2011年10月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．28No．5Oct．20l文章纲号：2095—1248(2011)05-0014一∞超声速气流中平板的颤振分析陈安福。杨晓东(沈阳航空航天大学航空宇航工程学院．辽宁沈阳110136)摘要：对超声速气流作用下的矩形平板进行了颤振分析，采用一阶活塞理论计算准定常气动力，利用弹性力学理论和结构动力学理论建立了平板的运动平衡方程。采用梁模态构造矩形平板的近似模态函数。运用MATLAB软件编程画出平板在不同参数下的有关图形，研究了这些参数变化对平板稳定性的影响规律。分

2、析结果可知，结构的所有模态中只有部分模态与颤振发生直接有关。这些模态是成对出现的，并且只有特定的两个模态频率重合才能发生颤振。关键词：平板；颤振；超声速气流；梁模态；活塞理论中图分类号：TP391．7；V261．2文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2011．05．004FlutteranalysisonrectangularplateinsupersonicflowCHENAn—fu，YANGXiao-dong(SchoolofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity。LiaoningShen

3、yang110136)Abstract：Thispaperconductstheflutteranalysisofrectangularplateinsupersonicairflow．Thequasi—steadypistontheoryisemployedtocalculatetheaerodynamicloadonthepanel．Theplatebalanceequationisestablishedbyusingtheoryofelasticityandaerodynamics．Beammodelisadoptedtosffucturctheap-proximatemodef

4、unctionsofrectangularplate．TheeffectofdifferentparametersonthestabilityofpanelisanalyzedbystudyinggraphicsofplatewiththeparametersdrawnwithMATLABsoftware．Theresultsshowthatonlysomemodesofthesffucturcaredirectlyrelatedtotheflutter，andthatthemodesappearinpairsandtheflutterOccursonlywhenthetwospeci

5、ficmodalfrequenciesoverlap．Keywords：plate；flutter；supersonicflow；beammodal；pistontheory壁板颤振一般是指飞行器的薄板或者是壳形结构在外界超音速气流作用下而引发的一种自激振动¨J，是飞行实践中出现的一种动态失稳现象。当飞行速度超过颤振速度时，振幅和动应力很大，使结构迅速破坏，颤振的发生将导致飞行器结构灾难性的破坏，因此颤振问题的研究成为一个备受关注的课题旧。3】。目前，结构振动的非线性效应、曲面壁板的颤振分析以及由于飞行气动加热而产生的热应力和热刚度损失都成为研究的热点⋯。在前任研究成果的基础上，对超声

6、速气流中各向同性材料平板的颤振进行了分析，通过对平板长宽比、平板密度，气流马赫数以及气流密度的变参分析，分析了上述参数对平板颤振的影响规律，不仅加深了理论上对颤振稳定性的认识，而且通过获取参数的影响为进一步的分析和工程结构设计提供一定的参考。1平板运动方程1．1物理模型设如下参数：收稿日期：2011一∞一30作者简介：陈安福(1987一)．男，山东潍坊人。在读研究生，主要研究方向：非线性动力学与结构振动．E-mail：anfu_．96@163．锄；杨晓东(1977一)，男，河北沧州人，教授。主要研究方向：轴向运动复合材料扳非线性动力学，E-mail：jxdyang@163．伽。第5期陈

7、安福，等：超声速气流中平板的颤振分析15平板参数：长度口；宽度6；弯曲刚度D=瓦南；面密度肘。Q，～MY，臻’f孵ct(惯性力)o(置勃力)糙’Q—dQI图1徽元体的受力平衡图气流参数：来流密度P。；来流压强P。；来流声速c；来流马赫数Ma。1．2气动力模拟对于小展弦比翼面，在计算非定常气动力时，我们采用升力面理论来进行颤振分析，这会使计算工作大为复杂。这里采用一种简化的气动力理论一活塞理论来分析颤振，实验证明，在马赫数Ma为2—5之间时，用这