基于结构动力学方法的气动弹性分析

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1、振动与冲击第30卷第4期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol．30No．42011基于结构动力学方法的气动弹性分析周文博，陈力奋，杨琼梁，唐国安(复旦大学力学与工程科学系，上海200433)摘要:对于气动与弹性的耦合模型，给出气动力的频域公式，并表示成有理多项式，通过等价的变换，能够推导出与结构动力学方程完全相似的、关于求解变量的二阶常微分方程组。于是，可以在计算结构动力学框架下实现气动弹性问题的分析

2、和计算。此方法将通用计算结构动力学程序的功能与试验或数值分析得到的气动力模型相结合，简化了气动弹性的耦合分析、提高计算效率。关键词:气动弹性;非定常气动力;计算结构动力学中图分类号:V211．47文献标识码:AAeroelasticanalysisbasedoncomputationalstructuraldynamicmethodZHOUWen-bo，CHENLi-feng，YANGQiong-liang，TANGGuo-an(DepartmentofMechanicsandEngineeringScience，Fud

3、anUniversity，Shanghai200433，China)Abstract:TosimplifyaeroelasticanalysisutilizingthegeneralCSDprogram，anapproachtotransformanaerodynamicmodeltothedesiredformationwaspresentedhere．Foraflow-flexiblestructurecoupledmodel，theaerodynamicforcewasgiveninthefrequency-dom

4、ain，andthencouldbeexpressedasrationalpolynomials．Throughtheequivalenttransformation，theaerodynamicmodelcouldbededucedtoasecondorderordinarydifferentialequation．Then，aeroelasticanalysiscouldbeachievedundertheframeworkofcomputationalstructuraldynamics．Thisapproachc

5、ombinedthegeneralCSDprogramwithanaerodynamicmodelderivedfromnumericalanalysisorteststosimplifytheaeroelasticanalysisandimprovecomputationalefficiency．Keywords:aeroelasticity;unsteadyaerodynamics;structuraldynamics气动弹性力学研究的是结构与作用其上的空气动冲响应辨识等手段确定了Volterra核，在后续的颤振分力

6、之间相互耦合而产生的各种动力学问题。如颤振等析时气动与结构实际上已经实现了解耦，因此计算效［4］不稳定现象，能导致结构振动在较短时间内发散而破率较高。坏，是现在飞行器设计所必需考虑的问题。引入主动基于Volterra级数的气动模型是一种用卷积形式控制技术以后，又延伸到结构－气动－控制更多物理表示的非定常气动力，不属于常规结构动力学所考虑场耦合的复杂问题。的激励载荷，通常需要对计算过程作出必要的特殊处目前气体动力学通常以欧拉法表征，主流的计算理，并不能直接利用通用结构分析程序进行计算。当［1］方法是有限差分、有限体积法。而

7、结构动力学则用面对复杂结构时，为了应用Volterra级数的气动力模型［2］拉格朗日表征，以有限元法为主。两种介质的分析、而编写结构分析代码不仅延长了分析周期，也存在相计算方法差异较大，使得气动与结构的直接耦合计算当难度，且重复性的工作也体现不出价值。存在相当难度，利用不同程序进行耦合分析效率也比本文作者发现，对于卷积形式表示的非定常气动较低下。为克服这一困难，在上世纪90年代，有学者力，引入若干辅助变量，并经过特定的变换，最终与结提出了建立非定常气动力的降阶模型，在保证一定精构耦合以后可以建立与结构振动方程完全一致的二

8、阶度的前提下，用一个简单的数学模型来描述原系统的常微分方程组。方程中系数矩阵的主体来自结构有限［3］主要特性。例如，Silva提出将Volterra级数理论用于元模型，由通用有限元程序自动建立。只要给出Volt-非线性非定常气动力的建模。此方法首先用气动力脉erra级数的气动模型中的参数，系数矩阵其它部分就可用较为简