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直升机旋翼前飞状态下的气动弹性分析 被引量:6
1
作者 余智豪 虞志浩 +1 位作者 李赟 杨卫东 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第11期332-336,共5页
建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气... 建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。 展开更多
关键词 旋翼 气动弹性 几何精确 N-S方程 耦合
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Geometrically exact nonlinear analysis of pre-twisted composite rotor blades 被引量:1
2
作者 Li'na SHANG Pinqi XIA Dewey H.HODGES 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期300-309,共10页
Modeling of pre-twisted composite rotor blades is very complicated not only because of the geometric non-linearity, but also because of the cross-sectional warping and the transverse shear deformation caused by the an... Modeling of pre-twisted composite rotor blades is very complicated not only because of the geometric non-linearity, but also because of the cross-sectional warping and the transverse shear deformation caused by the anisotropic material properties. In this paper, the geometrically exact nonlinear modeling of a generalized Timoshenko beam with arbitrary cross-sectional shape,generally anisotropic material behavior and large deflections has been presented based on Hodges' method. The concept of decomposition of rotation tensor was used to express the strain in the beam. The variational asymptotic method was used to determine the arbitrary warping of the beam cross section. The generalized Timoshenko strain energy was derived from the equilibrium equations and the second-order asymptotically correct strain energy. The geometrically exact nonlinear equations of motion were established by Hamilton's principle. The established modeling was used for the static and dynamic analysis of pre-twisted composite rotor blades, and the analytical results were validated based on experimental data. The influences of the transverse shear deformation on the pre-twisted composite rotor blade were investigated. The results indicate that the influences of the transverse shear deformation on the static deformation and the natural frequencies of the pre-twisted composite rotor blade are related to the length to chord ratio of the blade. 展开更多
关键词 geometrically exact Nonlinear Pre-twisted composite blade Transverse shear deformation Variational asymptotic WARPING
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复合材料梁的几何精确非线性建模及非经典效应 被引量:1
3
作者 尚丽娜 夏品奇 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期218-228,共11页
基于Hodges的广义Timoshenko梁理论对具有任意剖面形状、任意材料分布及大变形的复合材料梁进行几何精确非线性建模,采用旋转张量分解法计算梁内任意一点的应变,采用变分渐近法确定梁剖面的任意翘曲,采用平衡方程由二次渐近精确的应变... 基于Hodges的广义Timoshenko梁理论对具有任意剖面形状、任意材料分布及大变形的复合材料梁进行几何精确非线性建模,采用旋转张量分解法计算梁内任意一点的应变,采用变分渐近法确定梁剖面的任意翘曲,采用平衡方程由二次渐近精确的应变能导出广义Timoshenko应变能,采用广义Hamilton原理建立梁的几何精确非线性运动方程。将所建模型用于复合材料梁的静动力分析,通过与实验数据的对比,验证了建模方法的准确性,并进一步研究了剖面翘曲及横向剪切变形非经典效应对复合材料梁的影响。研究表明,剖面翘曲对复合材料梁的静变形和固有频率有显著影响,横向剪切变形对复合材料梁的静变形和固有频率的影响与梁的长度/剖面高度比有关。 展开更多
关键词 复合材料梁 几何精确 非经典效应 翘曲 横向剪切变形
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基于李群局部标架的多柔体系统动力学建模与计算 被引量:13
4
作者 刘铖 胡海岩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期213-233,共21页
多柔体系统动力学主要研究由多个具有运动学约束、存在大范围相对运动的柔性部件构成的动力学系统的建模、计算和控制.多柔体系统不仅具有柔体大变形导致的几何非线性,更具有大范围刚体运动引起的几何非线性,其非线性程度远高于计算结... 多柔体系统动力学主要研究由多个具有运动学约束、存在大范围相对运动的柔性部件构成的动力学系统的建模、计算和控制.多柔体系统不仅具有柔体大变形导致的几何非线性,更具有大范围刚体运动引起的几何非线性,其非线性程度远高于计算结构力学所研究的几何非线性问题.本文基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG),讨论如何发展一套新的多柔体系统动力学建模和计算方法体系,具体内容包括:基于局部标架的梁、板壳单元,适用于长时间历程计算的多柔体系统碰撞动力学积分算法,结合区域分解技术的大规模多柔体系统动力学并行求解器,以及若干验证性算例.上述基于李群局部标架的方法体系可在计算中消除刚体运动带来的几何非线性问题,使柔体系统的广义惯性力、广义弹性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性,使多柔体系统动力学与大变形结构力学相互统一,有望推动新一代多柔体系统动力学建模和计算软件的发展. 展开更多
关键词 局部标架方法 SE(3) 多体系统动力学 几何非线性 几何精确理论
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非线性几何精确梁理论研究综述 被引量:13
5
作者 吴坛辉 洪嘉振 刘铸永 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2013年第11期1126-1130,共5页
几何精确梁理论是处理几何非线性梁的一种重要方法,该法能够高效并准确地处理梁的大变形与大转动问题。阐述了该法的2种有限转动参数化形式,其中一种是最新形式;阐述了两大类有限转动插值方法的选取方式,并指出这两类方法的优缺点;阐述... 几何精确梁理论是处理几何非线性梁的一种重要方法,该法能够高效并准确地处理梁的大变形与大转动问题。阐述了该法的2种有限转动参数化形式,其中一种是最新形式;阐述了两大类有限转动插值方法的选取方式,并指出这两类方法的优缺点;阐述了求解动力学方程的2种积分方法的选择,并比较2种方法优势与缺陷。说明该法在处理几何非线性梁问题时具有较少的单元节点自由度与较高的计算效率等优点,但同时存在着转动参数的奇异性、单元应变客观性等问题。因此该法尚不完善,仍值得学者们做进一步研究。 展开更多
关键词 多体系统动力学 几何非线性 几何精确梁理论
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考虑几何非线性的风力机叶片气弹模型 被引量:6
6
作者 吕品 廖明夫 尹尧杰 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第12期1805-1812,共8页
针对大型轻型柔性叶片存在的几何非线性变形情况,基于几何精确梁理论建立了非线性叶片梁单元,考虑了叶片预弯预扭、各向异性、变形耦合以及截面偏心的特点。对非线性结构方程的数值求解方法进行了探讨。结合动量叶素理论建立了可用于分... 针对大型轻型柔性叶片存在的几何非线性变形情况,基于几何精确梁理论建立了非线性叶片梁单元,考虑了叶片预弯预扭、各向异性、变形耦合以及截面偏心的特点。对非线性结构方程的数值求解方法进行了探讨。结合动量叶素理论建立了可用于分析叶片大变形动态响应问题的几何非线性气弹模型。通过两个算例验证了结构模型的正确性。以NREL 5MW风力机叶片为研究对象,分析了叶片静态变形、固有频率、以及在阵风、偏航错误条件下的动态响应,并与FAST计算结果进行了对比,结果表明,在静态变形范围内几何非线性气弹模型与FAST非常好的吻合,进一步验证了该模型计算正确性。通过降低叶片截面弯曲刚度,发现在叶片大变形时,几何非线性气弹模型可以获得更准确的结果。 展开更多
关键词 风力机叶片 几何非线性 几何精确梁 大变形
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基于升力面和大变形梁的风力机叶片气弹模型 被引量:7
7
作者 陈进格 沈昕 +3 位作者 王广 孙翀 竺晓程 杜朝辉 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1469-1475,共7页
为了降低风能度电成本,风力机大型化是风电行业重要的发展趋势,柔性轻质的超长叶片可能出现几何大变形。目前的风力机叶片气弹模型,其结构模型多数基于简单梁模型,对几何非线性因素的考虑较少,或者是基于二阶梁模型,气动模型则多数基于... 为了降低风能度电成本,风力机大型化是风电行业重要的发展趋势,柔性轻质的超长叶片可能出现几何大变形。目前的风力机叶片气弹模型,其结构模型多数基于简单梁模型,对几何非线性因素的考虑较少,或者是基于二阶梁模型,气动模型则多数基于叶素动量理论。为了适应风力机大型化对结构模型和气动模型准确性的要求,本文采用一种大变形几何精确梁理论作为结构模型,完整考虑叶片大变形非线性因素;同时采用自由尾迹升力面方法作为气动模型,更准确地描述三维叶片形状对流场的影响,最终建立一个具有更高准确度的风力机叶片气弹模型。 展开更多
关键词 风力机 自由尾迹升力面 几何精确梁 大变形 气弹
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百米级大柔性风电叶片非线性气弹响应分析 被引量:5
8
作者 钱晓航 郜志腾 +2 位作者 王同光 王珑 柯世堂 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期220-230,共11页
随着风电叶片迈入百米量级,叶片尺寸和柔性持续增大,几何非线性对叶片结构动态响应的影响更加明显。为解决大柔性叶片的非线性气动弹性计算问题,采用基于Legendre谱有限元的几何精确梁理论,耦合叶素动量理论,建立了大尺寸风电叶片气动... 随着风电叶片迈入百米量级,叶片尺寸和柔性持续增大,几何非线性对叶片结构动态响应的影响更加明显。为解决大柔性叶片的非线性气动弹性计算问题,采用基于Legendre谱有限元的几何精确梁理论,耦合叶素动量理论,建立了大尺寸风电叶片气动弹性分析方法,通过带有预弯的悬臂梁算例验证了几何精确梁模型的准确性。最后,以NREL5 MW和IEA 15 MW风力机为例,分别采用线性模态叠加法和非线性几何精确梁方法计算了61.5 m叶片和117 m叶片在全工况稳态风和湍流风条件下的动态响应。结果表明,从5 MW到15 MW风力机叶片,由于几何非线性效应引起的叶尖挥舞位移和叶根挥舞弯矩数值偏差分别增加21.35%和21.23%,叶片一阶摆振模态频率也存在3.2%的偏差。百米级叶片非线性效应对叶片动态响应、摆振模态等气动弹性特性影响较大,应充分考虑非线性气动弹性对叶片设计的影响,以保障风力机的运行安全性。 展开更多
关键词 几何非线性 大柔性叶片 几何精确梁 气动弹性 风力机
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基于SO(3)群几何精确Kirchhoff梁理论的细长梁动力学
9
作者 安志朋 王斌 +1 位作者 侯云森 刘铖 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期212-225,共14页
本研究旨在开发一种高效的细长梁单元,精确描述细长柔性结构的大变形和大旋转,在现有细长梁单元研究的基础上,提出一种基于SO(3)群活动标架的二阶几何精确Kirchhoff梁单元(GEKBF),用于细长梁的动力学研究.首先,在此标架中推导出运动学... 本研究旨在开发一种高效的细长梁单元,精确描述细长柔性结构的大变形和大旋转,在现有细长梁单元研究的基础上,提出一种基于SO(3)群活动标架的二阶几何精确Kirchhoff梁单元(GEKBF),用于细长梁的动力学研究.首先,在此标架中推导出运动学描述和几何、本构和动态平衡方程及其线性化.然后,引入相对扭转角的二阶插值函数,以提高单元的收敛性,通过选择合适的标架来开发旋转矢量参数化.它可以显著减少由刚体旋转引起的几何非线性,并提高描述当前标架下单元旋转公式的计算效率.此外,考虑了参考标架的影响,并使用空间平行移动而非时间平行移动,简化了弹性力和雅可比矩阵的推导.使用李群广义α-方法求解李群上的半离散运动方程.最后,通过数值实例验证了GEKBF的准确性,包括静力学和动力学. 展开更多
关键词 平行移动 标架 弹性力 旋转矢量 细长梁 柔性结构 半离散 动态平衡
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弯扭耦合对风力机叶片气弹模态特性的影响 被引量:1
10
作者 曲珍壮 夏鸿建 +1 位作者 李德源 林伟豪 《新能源进展》 CSCD 2023年第4期333-339,共7页
弯扭耦合对风力机叶片气动弹性响应有重要影响。为研究弯扭耦合对风力机叶片气弹模态特性的影响,采用几何精确梁理论和叶素动量定理,建立风力机叶片的气弹耦合方程,在Beddoes-Leishman动态失速模型的基础上对气弹耦合方程线性化,构建特... 弯扭耦合对风力机叶片气动弹性响应有重要影响。为研究弯扭耦合对风力机叶片气弹模态特性的影响,采用几何精确梁理论和叶素动量定理,建立风力机叶片的气弹耦合方程,在Beddoes-Leishman动态失速模型的基础上对气弹耦合方程线性化,构建特征平衡方程。由复特征值分析法计算DTU 10MW叶片的气弹频率和气弹阻尼比。通过在截面刚度矩阵中引入耦合系数,考虑弯扭耦合对气弹模态的影响。挥舞顺桨耦合会增加挥舞模态气弹频率,降低挥舞模态气弹阻尼比。挥舞失速耦合会降低挥舞模态气弹频率,增大挥舞模态气弹阻尼比。挥舞顺桨耦合会降低风力机叶片的颤振风速。 展开更多
关键词 风力机叶片 几何精确梁 弯扭耦合 颤振分析
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基于三次样条插值的几何精确曲梁单元 被引量:1
11
作者 张志刚 马新旋 +2 位作者 王才东 郑华栋 王良文 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期61-67,共7页
为了对包含大变形梁的柔性多体系统进行精确建模和动力学仿真分析,基于三次样条插值构造了一种总体参数少且方便与CAD几何模型融合的大变形平面曲梁单元。首先,选取单元节点位置矢量和首末两端节点处位置矢量的弧长导数为整体参数,采用... 为了对包含大变形梁的柔性多体系统进行精确建模和动力学仿真分析,基于三次样条插值构造了一种总体参数少且方便与CAD几何模型融合的大变形平面曲梁单元。首先,选取单元节点位置矢量和首末两端节点处位置矢量的弧长导数为整体参数,采用三次样条插值函数对梁的形心线运动进行近似;其次,在充分考虑细长梁变形基础上,利用Euler-Bernoulli梁变形假设由插值得到的形心线切向确定了梁截面的转动;最后,依据几何精确梁理论推导出了梁的轴向应变和曲率,基于虚功率原理推导出了平面曲梁单元的质量矩阵、节点力列阵和广义外力列阵,并得到了总体切线刚度矩阵。相较于现有大变形平面梁单元,所提单元总体参数大幅降低。此外,由于构造的单元耦合变形场严格保证了梁截面与形心线切向的垂直关系,这从根本上避免了剪切闭锁现象在应用中的出现。在数值算例部分,通过对平面梁静力学几何非线性问题和动力学刚柔耦合问题典型算例求解及对比表明:所提出的几何精确曲梁单元在保证计算精度的同时提高了计算效率。 展开更多
关键词 几何精确梁 三次样条 曲梁 几何非线性 刚柔耦合
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大型周边桁架式天线展开过程动力学建模仿真 被引量:5
12
作者 胡建峰 肖勇 赵志华 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第12期171-176,共6页
为了更精确描述大型周边桁架式天线展开过程中的动力学行为,采用几何精确梁单元法对周边桁架的横杆和纵杆以及锁网进行柔性建模,一维移动介质单元对驱动绳建模,结合对T型铰、同步铰以及斜杆刚性假设,实现对整个天线系统的动力学仿真。... 为了更精确描述大型周边桁架式天线展开过程中的动力学行为,采用几何精确梁单元法对周边桁架的横杆和纵杆以及锁网进行柔性建模,一维移动介质单元对驱动绳建模,结合对T型铰、同步铰以及斜杆刚性假设,实现对整个天线系统的动力学仿真。通过仿真分析,得到了电机驱动力和纵杆最大弯曲应力随展开时间变化的曲线。通过对仿真曲线的分析发现,当第一根斜杆开始锁定之后,驱动力整体呈大幅增长趋势;每当有斜杆锁定时,驱动力都会有一定幅度震荡。 展开更多
关键词 几何精确梁理论 一维移动介质单元 展开过程动力学
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大型风力机叶片气弹颤振特性分析
13
作者 曲珍壮 夏鸿建 +1 位作者 李德源 林伟豪 《现代农业装备》 2023年第4期42-49,共8页
随着风力机叶片尺寸和柔性的增加,风力机面临的气弹稳定性问题越发突出。为分析大型风力机叶片的气弹颤振特性,考虑转动叶片大变形引起的结构非线性效应,采用非线性几何精确梁理论,建立结构动力学模型;为描述叶片振动导致的非定常气动效... 随着风力机叶片尺寸和柔性的增加,风力机面临的气弹稳定性问题越发突出。为分析大型风力机叶片的气弹颤振特性,考虑转动叶片大变形引起的结构非线性效应,采用非线性几何精确梁理论,建立结构动力学模型;为描述叶片振动导致的非定常气动效应,采用叶素动量理论,并结合B-L(Beddoes-Leishman)动态失速模型,建立风力机叶片的气动载荷模型;而后采用弱形式的求积元方法,高效构建叶片的气弹耦合动力学离散平衡方程;再基于变分原理,线性化气弹耦合动力学方程,由复特征值分析法,计算叶片的气弹频率和气弹阻尼比,辨识叶片气弹颤振区域。以DTU-10MW风力机为研究对象,分析了风力机叶片在工作运行状态和定叶尖速比下的颤振特性。分析结果表明,该风力机叶片在转速1.77 rad/s时,会产生颤振失稳现象。 展开更多
关键词 风力机叶片 颤振分析 几何精确梁 特征值分析
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几何精确梁的Hamel场变分积分子 被引量:4
14
作者 王亮 安志朋 史东华 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期692-698,共7页
利用场论下的Hamel形式,对几何精确梁提出一种保结构的变分积分子,并通过数值仿真说明该算法保持能量、动量和几何结构的特性。
关键词 几何精确梁 Hamel场变分积分子 保结构
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两类基于局部标架梁单元的闭锁缓解方法 被引量:4
15
作者 汤惠颖 张志娟 +1 位作者 刘铖 刘绍奎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期482-495,I0003,共15页
对于大转动、大变形柔性体的刚柔耦合动力学问题,基于李群SE(3)局部标架(local frame formulation,LFF)的建模方法能够规避刚体运动带来的几何非线性问题,离散数值模型中广义质量矩阵与切线刚度矩阵满足刚体变换的不变性,可明显地提高... 对于大转动、大变形柔性体的刚柔耦合动力学问题,基于李群SE(3)局部标架(local frame formulation,LFF)的建模方法能够规避刚体运动带来的几何非线性问题,离散数值模型中广义质量矩阵与切线刚度矩阵满足刚体变换的不变性,可明显地提高柔性多体系统动力学问题的计算效率.有限元方法中,闭锁问题是导致单元收敛性能低下的主要原因,例如梁单元的剪切以及泊松闭锁.多变量变分原理是缓解梁、板/壳单元闭锁的有效手段.该方法不仅离散位移场,同时离散应力场或应变场,可提高应力与应变的计算精度.本文基于上述局部标架,研究几类梁单元的闭锁处理方法,包括几何精确梁(geometrically exact beam formulation,GEBF)与绝对节点坐标(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)梁单元.其中,采用Hu-Washizu三场变分原理缓解几何精确梁单元中的剪切闭锁,采用应变分解法缓解基于局部标架的ANCF全参数梁单元中的泊松闭锁.数值算例表明,局部标架的梁单元在描述高转速或大变形柔性多体系统时,可消除刚体运动带来的几何非线性,极大地减少系统质量矩阵和刚度矩阵的更新次数.缓解闭锁后的几类局部标架梁单元收敛性均得到了明显提升. 展开更多
关键词 局部标架方法 几何精确梁 绝对节点坐标梁单元 闭锁 Hu-Washizu三场变分原理
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复杂风速廓线下风力机柔性叶片的气弹模型
16
作者 何攀 夏健 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期25-38,共14页
为了建立复杂风速廓线下风力机柔性叶片的气弹模型.将控制系统耦合到叶素动量理论中建立了气动模型;再以几何精确梁理论为基础,建立了可以求解任意材料和任意截面形状的结构模型;并将两者结合,建立了风力机气弹模型,编写了完整的C++代码... 为了建立复杂风速廓线下风力机柔性叶片的气弹模型.将控制系统耦合到叶素动量理论中建立了气动模型;再以几何精确梁理论为基础,建立了可以求解任意材料和任意截面形状的结构模型;并将两者结合,建立了风力机气弹模型,编写了完整的C++代码;最后将该模型应用到实际工程,计算了低空急流入流条件下风轮的气动特性和叶片的动态响应.结果表明:本文的模型和代码是准确的,并且当控制系统耦合到气动力计算方法中时,在额定风速之前,部分功率误差传递到了转速,在额定风速以后,全部的功率误差传递到了桨距角;结构模型可以准确的计算风力机叶片的静态,动态变形以及特征频率;当低空急流高度不同时,控制系统弱化了强剪切风对风轮平均气动力的影响,但是气动力变化的幅值仍然受低空急流高度影响很大,因此风场微观选址时,塔筒高度的选择需要考虑低空急流高度的影响;当叶片上的气动力相似时,叶片动态响应的规律相似,主要被叶片的特征频率影响。本文工作对风力机叶片气弹研究具有参考意义. 展开更多
关键词 风力机叶片 额定风速 风轮 气弹模型 叶素动量理论 特征频率 结构模型 微观选址
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基于几何精确桨叶模型的旋翼刚柔耦合建模 被引量:4
17
作者 吴杰 杨卫东 虞志浩 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第31期119-123,共5页
建立一种适合于多种直升机桨毂构型的高精度旋翼结构动力学模型。将几何精确桨叶模型集成到传统的旋翼刚柔耦合动力学模型中去,使得新模型既适用于全铰接式旋翼,又能对先进桨毂构型(无铰式或无轴承)桨叶精确建模。建模过程中不进行阶次... 建立一种适合于多种直升机桨毂构型的高精度旋翼结构动力学模型。将几何精确桨叶模型集成到传统的旋翼刚柔耦合动力学模型中去,使得新模型既适用于全铰接式旋翼,又能对先进桨毂构型(无铰式或无轴承)桨叶精确建模。建模过程中不进行阶次截断,不作小量假设。采用有限变形下的Green应变表达式及几何精确的弹性变形运动几何学关系式,推导桨叶应变能、动能以及外载荷虚功。桨叶根部铰约束处的转角分别以三个独立刚体自由度与桨叶弹性变形自由度耦合,依据Hamilton作用量原理建立旋翼刚柔耦合动力学方程。大变形梁与铰接式旋翼桨叶算例验证了模型的有效性与高精度。 展开更多
关键词 直升机 旋翼动力学 几何精确 刚柔耦合
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考虑杆件初弯曲的网壳弹塑性稳定性的弱形式求积元分析 被引量:3
18
作者 汤宏伟 钟宏志 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期165-174,共10页
初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲,但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入... 初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲,但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入纤维模型模拟材料非线性,结合柱面弧长法实现了对空间曲梁结构的弹塑性大位移分析,通过算例验证了提出模型的有效性。该模型构建不需具体指定位移形函数,避免了使用有限元软件中的复杂建模过程。运用该模型计算了几类典型网壳在杆件初弯曲方向随机分布,不同弯曲挠度下的极限承载力。计算结果表明,在现有钢结构生产工艺下杆件初弯曲的缺陷对于网壳稳定性的影响较小,不起控制作用。通过与一致缺陷模态法的计算结果和空间网格结构技术规程计算的承载力进行对比,对规范的承载力计算公式提出了考虑特殊网壳形式及材料屈服强度的改进建议。 展开更多
关键词 几何精确梁 弱形式求积元法 初弯曲 网壳稳定性 弹塑性
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空间框架结构几何非线性分析方法的改进研究 被引量:3
19
作者 李文雄 马海涛 陈太聪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期928-935,共8页
以几何精确梁理论为基础,分别采用高阶拉格朗日插值和埃米特插值构造高精度空间梁单元.提出基于单元层次平衡迭代的自由度凝聚方法,以保证单元的通用性.实现了基于载荷控制或柱面弧长控制的结构几何非线性分析算法.算例研究结果表明,提... 以几何精确梁理论为基础,分别采用高阶拉格朗日插值和埃米特插值构造高精度空间梁单元.提出基于单元层次平衡迭代的自由度凝聚方法,以保证单元的通用性.实现了基于载荷控制或柱面弧长控制的结构几何非线性分析算法.算例研究结果表明,提出的改进方法不但提高了计算效率,而且还具有较高的数值稳定性;特别是基于三次埃米特插值构造的单元表现出较好的性态,适用于结构屈曲后分析. 展开更多
关键词 非线性分析 有限元 几何精确梁 有限转动 埃米特插值 内部自由度
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Hamel框架下几何精确梁的离散动量守恒律 被引量:3
20
作者 高山 史东华 郭永新 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1712-1719,共8页
Hamel场变分积分子是一种研究场论的数值方法,可以通过使用活动标架规避几何非线性带来的计算复杂度,同时数值上具有良好的长时间数值表现和保能动量性质.本文在一维场论框架下,以几何精确梁为例,从理论上探究Hamel场变分积分子的保动... Hamel场变分积分子是一种研究场论的数值方法,可以通过使用活动标架规避几何非线性带来的计算复杂度,同时数值上具有良好的长时间数值表现和保能动量性质.本文在一维场论框架下,以几何精确梁为例,从理论上探究Hamel场变分积分子的保动量性质.具体内容包括:利用活动标架法对几何精确梁建立动力学模型,通过变分原理得到其动力学方程,利用其动力学方程及Noether定理得到系统动量守恒律;将几何精确梁模型离散化,通过变分原理得到其Hamel场变分积分子,利用Hamel场变分积分子和离散Noether定理得到离散动量守恒律,并给出离散动量的一阶近似表达式;Hamel场变分积分子可在计算中利用系统对称性消除系统运动带来的非线性问题,但此框架中离散对流速度、离散对流应变及位形均不共点,而这种错位导致离散动量中出现级数项,本文对几何精确梁的离散动量与连续形式的关系及其应用进行了讨论,并通过算例验证了结论.上述证明方法也同样适用一般经典场论场景下的Hamel场变分积分子.Hamel场变分积分子的动量守恒为进一步研究其保结构性质提供了参考依据. 展开更多
关键词 几何精确梁 Hamel 场变分积分子 离散动量守恒 NOETHER 定理 保结构数值格式
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