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亚音速气流中曲壁板气动弹性响应研究
| 论文题名： | 亚音速气流中曲壁板气动弹性响应研究 |
| 关键词： | 高速列车;曲壁板结构;亚音速气流;气动稳定性;非线性动力学 |
| 摘要： | 本文对高速列车中广泛使用的存在初始变形的曲壁板结构在亚音速气流和周期外激励力作用下的气动稳定性和非线性动力学问题进行研究，具体工作如下: 1.考虑圆弧形初始变形的二维曲壁板，基于势流理论和线化小扰动理论获得了亚音速气流作用在曲壁板单侧的气动力的级数表达式。该气动力分为由初始变形产生的静态气动力和由结构振动产生的动态气动力，分析了模态阶数和系统相关参数对静态气动力大小和分布的影响。 2.使用微元法和达朗贝尔原理建立了两端简支的二维Kelvin模型粘弹性曲壁板在大变形时的非线性振动方程。将方程进行无量纲化后使用Galerkin法进行离散。使用Newton迭代法求解系统的平衡点。研究了系统的平衡点及稳定性、分岔特性及相关参数对系统平衡点的影响、系统的势阱分布和吸引域分布等非线性动力学问题。研究表明:随着来流动压的变化，系统的平衡点位置、数目和稳定性将会发生变化，产生分岔现象，分岔点对应的临界动压与跳跃位移值与初始曲率及轴力等参数相关;系统的稳定平衡点对应于系统的势阱位置，系统的势阱数量和深度与来流动压等参数有关;系统的两个稳定平衡点在参数空间中存在各自吸引域。 3.以气动力和周期外激励力联合作用下的二维曲壁板为研究对象，考虑粘弹性和几何非线性，建立了其振动方程，将方程进行无量纲化后使用Galerkin法进行离散。使用数值计算方法分析了系统的非线性复杂响应。结果表明:在来流动压和外激励幅值参数空间中，分布着单周期、多周期和混沌区域;随着参数的变化，系统的运动状态将会有规律地变化。在一定条件下时，系统将会产生“跳变”现象。 4.考虑了粘弹性和几何非线性的影响，研究了两端简支二维曲壁板在谐波扰动亚音速气流作用下的非线性动力学特性，通过Galerkin法和数值计算方法分析了系统的非线性复杂响应，并对气流的扰动频率、扰动幅值和恒定部分的气流速度对曲壁板作单周期运动时的振幅的影响进行了研究。结果表明:曲壁板系统在参数空间中分布存在着单周期、多周期和混沌区域，且系统的大部分运动类型为单闭环的单周期运动，只在某些参数空间区域内才会产生各种周期的多周期运动和混沌运动;系统扰动频率、扰动幅值和动压的恒定部分对单周期运动振幅存在影响。 |
| 作者： | 刘少文 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 杨翊仁;李鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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