包邮气动弹性的流固耦合分析方法

第1章　计算气动弹性力学概况………………………………………………………………… 1

1．1　气动弹性的基本概念…………………………………………………………………… 1

1．2　静气动弹性问题………………………………………………………………………… 2

1．3　动气动弹性问题………………………………………………………………………… 4

1．3．1　气动弹性稳定性问题……………………………………………………………… 4

1．3．2　气动弹性响应问题………………………………………………………………… 6

1．4　小　结…………………………………………………………………………………… 7

第2章　气动弹性分析的基本方法……………………………………………………………… 8

2．1　静气动弹性计算方法…………………………………………………………………… 8

2．1．1　柔度法……………………………………………………………………………… 8

2．1．2　模态法……………………………………………………………………………… 8

2．1．3　颤振法……………………………………………………………………………… 9

2．2　动气动弹性计算方法…………………………………………………………………… 10

2．2．1　结构离散化运动方程……………………………………………………………… 10

2．2．2　结构离散化运动方程模态叠加法………………………………………………… 11

2．2．3　非定常气动力计算及颤振计算方程……………………………………………… 11

2．2．4　表面样条插值方法………………………………………………………………… 12

2．2．5　颤振传统计算方法………………………………………………………………… 16

2．2．6　一种改进的g法………………………………………………………………… 23

2．2．7　非定常气动力的计算……………………………………………………………… 26

2．3　小　结…………………………………………………………………………………… 27

第3章　基于当地流活塞理论的气动弹性分析方法………………………………………… 28

3．1　活塞理论………………………………………………………………………………… 28

3．2　当地流活塞理论………………………………………………………………………… 28

3．3　非定常下洗和压力分布………………………………………………………………… 29

3．3．1　任意翼面的非定常压力分布……………………………………………………… 30

3．3．2　旋成体机身的非定常压力分布…………………………………………………… 31

3．4　模态坐标表示的广义非定常气动力…………………………………………………… 31

3．4．1　模态坐标表示的广义非定常气动力……………………………………………… 31

3．4．2　翼面的广义非定常气动力………………………………………………………… 32

3．4．3　机身的广义非定常气动力………………………………………………………… 33

3．5　小　结…………………………………………………………………………………… 34

第4章　流固耦合方法概述…………………………………………………………………… 35

4．1　流固耦合的基本概念…………………………………………………………………… 35

4．2　流体软件中的流固耦合方式…………………………………………………………… 36

4．2．1　滑动网格的耦合方式……………………………………………………………… 36

4．2．2　动网格生成的耦合方式…………………………………………………………… 37

4．3　流体软件和固体软件的耦合方式……………………………………………………… 39

4．3．1　直接耦合的流固耦合方式………………………………………………………… 39

4．3．2　迭代耦合求解的流固耦合方式…………………………………………………… 40

4．4　第三方的流固耦合软件………………………………………………………………… 40

4．5　流固耦合方法…………………………………………………………………………… 41

4．5．1　空间离散格式……………………………………………………………………… 41

4．5．2　界面的耦合方法和流固网格的相容性…………………………………………… 42

4．5．3　时间推进格式……………………………………………………………………… 44

4．6　小　结…………………………………………………………………………………… 46

第5章　基于Flightloads&Nastran的气动弹性分析………………………………………… 47

5．1　Flightloads&Nastran软件介绍……………………………………………………… 47

5．1．1　软件简介…………………………………………………………………………… 47

5．1．2　主要功能…………………………………………………………………………… 47

5．1．3　技术特点…………………………………………………………………………… 48

5．1．4　基本模块…………………………………………………………………………… 49

5．1．5　应用领域…………………………………………………………………………… 49

5．2　基于Flightloads&Nastran的三维翼型气动弹性分析……………………………… 53

5．2．1　三维翼型模型……………………………………………………………………… 53

5．2．2　结构模态分析……………………………………………………………………… 54

5．2．3　气动网格面设置…………………………………………………………………… 57

5．2．4　气动结构耦合设置………………………………………………………………… 58

5．2．5　减缩频率定义……………………………………………………………………… 59

5．2．6　结构检测点设置…………………………………………………………………… 60

5．2．7　颤振分析定义……………………………………………………………………… 60

5．3　颤振结果分析…………………………………………………………………………… 64

5．4　小　结…………………………………………………………………………………… 65

第6章　基于ADINA 的气动弹性分析……………………………………………………… 66

6．1　ADINA 软件介绍……………………………………………………………………… 66

6．1．1　软件简介…………………………………………………………………………… 66

6．1．2　主要功能…………………………………………………………………………… 66

6．1．3　技术特点…………………………………………………………………………… 69

6．1．4　基本模块…………………………………………………………………………… 72

6．1．5　应用领域…………………………………………………………………………… 72

6．2　基于ADINA 的二维翼型流固耦合分析……………………………………………… 73

6．2．1　模型概述…………………………………………………………………………… 73

6．2．2　刚性体的CFD计算……………………………………………………………… 74

6．2．3　柔性体的FSI计算……………………………………………………………… 84

6．3　三维算例………………………………………………………………………………… 99

6．4　小　结………………………………………………………………………………… 110

第7章　基于MpCCI的气动弹性分析……………………………………………………… 111

7．1　MpCCI软件介绍……………………………………………………………………… 111

7．1．1　软件简介………………………………………………………………………… 111

7．1．2　主要功能………………………………………………………………………… 112

7．1．3　技术特点………………………………………………………………………… 112

7．1．4　基本模块………………………………………………………………………… 114

7．1．5　应用领域………………………………………………………………………… 114

7．2　基于MpCCI的二维翼型流固耦合分析…………………………………………… 115

7．2．1　CAD及模型设置………………………………………………………………… 115

7．2．2　MpCCI耦合计算结果…………………………………………………………… 116

7．3　基于MpCCI的三维模型翼气动弹性分析………………………………………… 118

7．3．1　流体计算………………………………………………………………………… 118

7．3．2　结构计算………………………………………………………………………… 124

7．3．3　MpCCI耦合计算设置…………………………………………………………… 126

7．3．4　颤振分析………………………………………………………………………… 135

7．4　小　结………………………………………………………………………………… 140

第8章　基于ADI．Dragonfly的气动弹性分析……………………………………………… 141

8．1　ADI．Dragonfly软件介绍…………………………………………………………… 141

8．1．1　软件简介………………………………………………………………………… 141

8．1．2　主要功能………………………………………………………………………… 141

8．1．3　技术特点………………………………………………………………………… 142

8．1．4　应用领域………………………………………………………………………… 143

8．2　超声速组合体颤振预测的算例……………………………………………………… 143

8．2．1　分析流程………………………………………………………………………… 143

8．2．2　新建/删除工程…………………………………………………………………… 144

8．2．3　参数列表………………………………………………………………………… 145

8．2．4　建立模型………………………………………………………………………… 152

8．2．5　程序求解………………………………………………………………………… 154

8．2．6　结果处理和绘图输出…………………………………………………………… 154

8．3　小　结………………………………………………………………………………… 163

第9章　带升力面组合体超声速颤振方法…………………………………………………… 164

9．1　组合体颤振计算概述………………………………………………………………… 164

9．2　舵面颤振计算………………………………………………………………………… 164

9．3　组合体颤振计算……………………………………………………………………… 167

9．3．1　控制方程………………………………………………………………………… 167

9．3．2　气动力模型……………………………………………………………………… 168

9．3．3　结构运动的时域仿真…………………………………………………………… 168

9．4　热颤振计算…………………………………………………………………………… 171

9．4．1　高超声速气动加热分析………………………………………………………… 172

9．4．2　结构传热和温度场分析………………………………………………………… 173

9．4．3　热弹性耦合和热模态分析……………………………………………………… 173

9．5　气动伺服弹性计算…………………………………………………………………… 176

9．5．1　伺服气动弹性研究的现状与发展……………………………………………… 176

9．5．2　气动伺服弹性计算结果………………………………………………………… 179

9．6　小　结………………………………………………………………………………… 181

附录一　颤振的物理基础和影响因素………………………………………………………… 182

一、颤振的物理基础………………………………………………………………………… 182

二、各种因素对颤振稳定性的影响………………………………………………………… 185

附录二　HD3103B舵面模型风洞颤振试验………………………………………………… 187

一、几何模型和工况………………………………………………………………………… 187

二、结构参数………………………………………………………………………………… 188

三、气动参数………………………………………………………………………………… 191

四、颤振计算结果与结论…………………………………………………………………… 201

参考文献………………………………………………………………………………………… 202