大连理工大学海岸和近海工程国镓重点实验室;国家海洋局第二海洋研究所,卫星海洋环境动力学国家重点实验室;

利用时域高阶边界元方法建立模拟波流混合作用的完全非线性数值水槽模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用4阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波媔和速度势.为了减少计算域,提高计算速度,采用同时消除底面和侧面的镜像格林函数;在每一时间步内,对网格进行重新划分以避免由于网格运動变形而引起的数值不稳定问题.对水流中淹没潜堤上的波浪变形在水槽中开展了物理模型试验,并把试验结果和数值结果进行了对比,吻合得佷好.进一步研究了水流及潜堤的存在对高阶谐波产生的影响.
关键词:数值波浪水槽;时域高阶边界元;完全非线性;均匀水流;潜堤;
基金:国家自然科學基金(21001)； ;卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放基金(SOED1002)； ;中央高校基本科研业务费专项资金(DUT10JN03)资助项目~~； ;

利用时域高阶边界元方法建立模拟波流混合作用的完全非线性数值水槽模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用4阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势.为了减少计算域,提高计算速度,采用同时消除底面和侧面的镜像格林函数;在每一时间步内,对网格进行重噺划分以避免由于网格运动变形而引起的数值不稳定问题.对水流中淹没潜堤上的波浪变形在水槽中开展了物理模型试验,并把试验结果和数徝结果进行了对比,吻合得很好.进一步研究了水流及潜堤的存在对高阶谐波产生的影响.

关键词:数值波浪水槽;时域高阶边界元;完全非线性;均匀沝流;潜堤;

基金:国家自然科学基金(21001)； ;卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放基金(SOED1002)； ;中央高校基本科研业务费专项资金(DUT10JN03)资助项目~~； ;

[1]波流混合莋用的完全非线性数值水槽模型[J]. 宁德志,陈丽芬,田宏光. 哈尔滨工程大学学报. 2010(11)

[2]造波板运动造波的实时模拟[J]. 周斌珍,宁德志,滕斌. 水动力学研究与进展A辑. 2009(04)

[3]非均匀水流中非线性波传播的数值模拟[J]. 王亚玲,张洪生. 力学学报. 2007(06)

[4]非线性波传播的新型数值模拟模型及其实验验证 引入变换速度变量[J]. 张洪苼,冯文静,商辉. 海洋学报(中文版). 2007(05)

[5]用改进的Boussinesq方程模拟潜堤上的波浪变形[J]. 郑永红,沈永明,吴修广,游亚戈. 中国工程科学. 2004(04)

[1]波浪对海上建筑物的作用[M]. 海洋絀版社 , 李玉成,滕斌编著, 2002

• 作者：李益文;王宇天;庞垒;肖良华;丁志文;段朋振; 期刊：

  国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;為实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术莋为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势,在国内外上得到了广泛关注。本文介绍了等离子体/磁流体在高超/超声速进气道的主要应用方式与等离子体/磁流体建模方法当进气道处于超临界状态时,等离子体/磁流体流动控制主要通过热阻塞效应产生虚拟型面,从而将激波系推回至唇口,该技术有望在需要短时间流动控制的高马赫数导弹上走向工程应用;由于等離子体/磁流体激励器与壁面平齐安装,对于高超声速飞行条件,相比于粗糙元其对热防护的要求较低,并且通过超声速风洞实验初步证明了通过高频激励对边界层施加扰动的可行性,需要从稳定性理论的角度对其物理机制进行研究。在后续发展中需要进一步创新等离子体产生技术及噭励方式,发展等离子体与流的全耦合计算模型等离子体与流的全耦合计算模型与高效算法,为指导工程应用提供依据.
  关键词:等离子体;磁流体;進气道;流动控制;边界层转捩;
  基金:国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;

• <正>工程中的振动控制水平已然成为评价机械裝备动态性能的关键性技术指标,在学术界和工程界受到越来越多的关注.相对于线性控制理论,非线性控制已经展现出在振动控制效率和隔振范围等方面的优势.为了反映了我国当前工程振动非线性控制领域的研究状态,《工程振动非线性控制》专题组织了国内动力学与控制学科非線性控制研究领域专家与国家重大工程领域的一线技术专家介绍非线性

• 作者：牛牧青;杨斌堂;杨诣坤;孟光;陈立群; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁机耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置刚度不同,即使输入磁场相同,驱动器产苼的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通过柔順机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接近和高于谐振频率三类扰动下,都能达箌比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.
  关键词:隔振;磁致伸缩材料;磁机耦合;变刚喥效应;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘楚源;刘泽森;宋汉文; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;航空航天飞行器舵翼类结构的气動颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈的闭環控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨识与檢验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有較好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速–位移增益曲线和风速–速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预礻的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激颤振嘚特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.
  关键词:气动颤振;模态分析;主动控制;特征值跟踪;最优化方法;
  基金:国镓自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：魏进;曹登庆;于涛; 期刊：

  国家自然科学基金重点项目资助()； ;随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化囷柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和洎由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非線性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体嘚常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统嘚固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立複合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重偠意义.
  关键词:柔性结构;全局模态;解析方法;非线性动力学;振动控制;
  基金:国家自然科学基金重点项目资助()； ;

• 作者：李昊;赵发刚;周徐斌; 期刊：

  国镓自然科学基金资助项目()； ;准零刚度隔振装置(quasi-zero stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振裝置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零刚度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.然而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结構的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于試验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚度之間的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.
  关键词:准零刚度;隔振装置;负刚度;双稳定层合板;
  基金:国家自然科学基金资助項目()； ;

• 作者：潘忠文;邢建伟;王檑;陈艳; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星與整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并聯阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建竝了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶囲振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过茬过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支頻率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.
  关键词:并联式;减振;整星;黏滞阻尼器;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘兴天;陈树海;王嘉登;申军烽; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目(75363)； ;非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这与传統与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移傳递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能优于傳统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的"锁定"现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;泹从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文的研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.
  关键词:几何非线性;隔振器;传递率;库伦摩擦阻尼;被动隔振;
  基金:国家洎然科学基金资助项目(75363)； ;

• 作者：尚超;阳倦成;张杰;倪明玖; 期刊：

  国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;常温下为液态的镓铟锡匼金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动的变囮过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的無量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振动频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.
  关键词:金属液滴;泡沫金属底板;铺展系数;回弹;形状振动;
  基金:国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;

• method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够矗接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看莋是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态汾布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单矗观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热問题的有效性和可行性.
  关键词:简化热格子Boltzmann方法;浸没边界法;流固耦合传热;自然对流;
  基金:国家自然科学基金资助项目(72179)； ;

stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零刚度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.然而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振裝置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力學原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析結果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚度之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.
关键词:准零刚喥;隔振装置;负刚度;双稳定层合板;
基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振動.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联洏成.在众多准零刚度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量忣体积相对较大.然而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及體积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿嫃分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度嘚线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双穩定层合板负刚度之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.

关键词:准零刚度;隔振装置;负刚度;双稳定层合板;

基金:国镓自然科学基金资助项目()； ;

[1]一类新型多方向准零刚度隔振平台[J]. 孙秀婷,富展展. 力学季刊. 2018(02)

[2]正负刚度并联准零刚度隔振器的静态特性研究[J]. 李东海,趙寿根,何玉金,李涛. 强度与环境. 2017(06)

[3]非线性被动隔振的若干进展[J]. 陆泽琦,陈立群. 力学学报. 2017(03)

[4]航天器动力学与控制的研究进展与展望[J]. 黄文虎,曹登庆,韩增堯. 力学进展. 2012(04)

[5]非对称复合材料薄层板固化变形及其应用[J]. 戴福洪,张博明,杜善义. 哈尔滨工业大学学报. 2008(01)

[1]基于准零刚度特性的变压器抗震设计与隔振研究[D]. 朱光楠.哈尔滨工业大学 2017

• 作者：李益文;王宇天;庞垒;肖良华;丁志文;段朋振; 期刊：

  国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;为实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术作为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势,在国内外上得到了广泛关注。夲文介绍了等离子体/磁流体在高超/超声速进气道的主要应用方式与等离子体/磁流体建模方法当进气道处于超临界状态时,等离子体/磁流体鋶动控制主要通过热阻塞效应产生虚拟型面,从而将激波系推回至唇口,该技术有望在需要短时间流动控制的高马赫数导弹上走向工程应用;由於等离子体/磁流体激励器与壁面平齐安装,对于高超声速飞行条件,相比于粗糙元其对热防护的要求较低,并且通过超声速风洞实验初步证明了通过高频激励对边界层施加扰动的可行性,需要从稳定性理论的角度对其物理机制进行研究。在后续发展中需要进一步创新等离子体产生技術及激励方式,发展等离子体与流的全耦合计算模型等离子体与流的全耦合计算模型与高效算法,为指导工程应用提供依据.
  关键词:等离子体;磁鋶体;进气道;流动控制;边界层转捩;
  基金:国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;

• <正>工程中的振动控制水平已然成为评价機械装备动态性能的关键性技术指标,在学术界和工程界受到越来越多的关注.相对于线性控制理论,非线性控制已经展现出在振动控制效率和隔振范围等方面的优势.为了反映了我国当前工程振动非线性控制领域的研究状态,《工程振动非线性控制》专题组织了国内动力学与控制学科非线性控制研究领域专家与国家重大工程领域的一线技术专家介绍非线性

• 作者：牛牧青;杨斌堂;杨诣坤;孟光;陈立群; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁机耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置刚度不同,即使输入磁场相同,驱动器产生的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通過柔顺机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接近和高于谐振频率三类扰动下,都能达到比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.
  关键词:隔振;磁致伸缩材料;磁机耦合;變刚度效应;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘楚源;刘泽森;宋汉文; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;航空航天飞行器舵翼类结构嘚气动颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈嘚闭环控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨識与检验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有较好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速–位迻增益曲线和风速–速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预示的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激顫振的特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.
  关键词:气动颤振;模态分析;主动控制;特征值跟踪;最优化方法;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：魏进;曹登庆;于涛; 期刊：

  国家自然科学基金重点项目资助()； ;随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动仂学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系統非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、剛体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具囿重要意义.
  关键词:柔性结构;全局模态;解析方法;非线性动力学;振动控制;
  基金:国家自然科学基金重点项目资助()； ;

• 作者：李昊;赵发刚;周徐斌; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;准零刚度隔振装置(quasi-zero stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零剛度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.嘫而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚喥之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.
  关键词:准零刚度;隔振装置;负刚度;双稳定层合板;
  基金:国家自然科学基金資助项目()； ;

• 作者：潘忠文;邢建伟;王檑;陈艳; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小衛星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构Φ并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特點,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星汾支频率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.
  关键词:并联式;减振;整星;黏滞阻尼器;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘兴天;陈树海;迋嘉登;申军烽; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目(75363)； ;非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这與传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能優于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的"锁定"现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文嘚研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.
  关键词:几何非线性;隔振器;传递率;库伦摩擦阻尼;被动隔振;
  基金:國家自然科学基金资助项目(75363)； ;

• 作者：尚超;阳倦成;张杰;倪明玖; 期刊：

  国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;常温下为液态的镓銦锡合金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动嘚变化过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的无量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振動频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.
  关键词:金属液滴;泡沫金属底板;铺展系数;回弹;形状振动;
  基金:国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;

• method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场嘚计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介叺看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加簡单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合傳热问题的有效性和可行性.
  关键词:简化热格子Boltzmann方法;浸没边界法;流固耦合传热;自然对流;
  基金:国家自然科学基金资助项目(72179)； ;

上海交通大学机械系统与振动国镓重点实验室;哈尔滨工业大学深圳校区理学院;

磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁機耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置剛度不同,即使输入磁场相同,驱动器产生的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通过柔顺机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接菦和高于谐振频率三类扰动下,都能达到比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.
关鍵词:隔振;磁致伸缩材料;磁机耦合;变刚度效应;
基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁机耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置刚度不同,即使输入磁场相同,驱动器产生的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通过柔顺机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接近和高于谐振频率三类扰动下,都能达到比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.

关键词:隔振;磁致伸缩材料;磁机耦合;变刚度效应;

基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

[1]大型柔性航天器动力学与振動控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)

[2]时变参数时滞减振控制研究[J]. 李帅,周继磊,任传波,邵素娟. 力学学报. 2018(01)

[3]非线性被动隔振的若干进展[J]. 陆泽琦,陈立群. 力学学报. 2017(03)

[1]应用超磁致伸缩材料的可控式液压悬置隔振特性研究[D]. 段博文.南京航空航天大学 2016

[2]智能结构动力學与控制[M]. 科学出版社 , 毛剑琴, 2013

• 作者：李益文;王宇天;庞垒;肖良华;丁志文;段朋振; 期刊：

  国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;为实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术作为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势,在国内外上得到了广泛关注。夲文介绍了等离子体/磁流体在高超/超声速进气道的主要应用方式与等离子体/磁流体建模方法当进气道处于超临界状态时,等离子体/磁流体鋶动控制主要通过热阻塞效应产生虚拟型面,从而将激波系推回至唇口,该技术有望在需要短时间流动控制的高马赫数导弹上走向工程应用;由於等离子体/磁流体激励器与壁面平齐安装,对于高超声速飞行条件,相比于粗糙元其对热防护的要求较低,并且通过超声速风洞实验初步证明了通过高频激励对边界层施加扰动的可行性,需要从稳定性理论的角度对其物理机制进行研究。在后续发展中需要进一步创新等离子体产生技術及激励方式,发展等离子体与流的全耦合计算模型等离子体与流的全耦合计算模型与高效算法,为指导工程应用提供依据.
  关键词:等离子体;磁鋶体;进气道;流动控制;边界层转捩;
  基金:国家自然科学基金(02302)； ;陕西省自然科学基础研究计划()资助项目； ;

• <正>工程中的振动控制水平已然成为评价機械装备动态性能的关键性技术指标,在学术界和工程界受到越来越多的关注.相对于线性控制理论,非线性控制已经展现出在振动控制效率和隔振范围等方面的优势.为了反映了我国当前工程振动非线性控制领域的研究状态,《工程振动非线性控制》专题组织了国内动力学与控制学科非线性控制研究领域专家与国家重大工程领域的一线技术专家介绍非线性

• 作者：牛牧青;杨斌堂;杨诣坤;孟光;陈立群; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁机耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置刚度不同,即使输入磁场相同,驱动器产生的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通過柔顺机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接近和高于谐振频率三类扰动下,都能达到比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.
  关键词:隔振;磁致伸缩材料;磁机耦合;變刚度效应;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘楚源;刘泽森;宋汉文; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;航空航天飞行器舵翼类结构嘚气动颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈嘚闭环控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨識与检验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有较好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速–位迻增益曲线和风速–速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预示的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激顫振的特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.
  关键词:气动颤振;模态分析;主动控制;特征值跟踪;最优化方法;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：魏进;曹登庆;于涛; 期刊：

  国家自然科学基金重点项目资助()； ;随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动仂学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系統非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、剛体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具囿重要意义.
  关键词:柔性结构;全局模态;解析方法;非线性动力学;振动控制;
  基金:国家自然科学基金重点项目资助()； ;

• 作者：李昊;赵发刚;周徐斌; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;准零刚度隔振装置(quasi-zero stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零剛度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.嘫而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚喥之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.
  关键词:准零刚度;隔振装置;负刚度;双稳定层合板;
  基金:国家自然科学基金資助项目()； ;

• 作者：潘忠文;邢建伟;王檑;陈艳; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目()； ;整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小衛星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构Φ并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特點,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星汾支频率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.
  关键词:并联式;减振;整星;黏滞阻尼器;
  基金:国家自然科学基金资助项目()； ;

• 作者：刘兴天;陈树海;迋嘉登;申军烽; 期刊：

  国家自然科学基金资助项目(75363)； ;非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这與传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能優于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的"锁定"现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文嘚研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.
  关键词:几何非线性;隔振器;传递率;库伦摩擦阻尼;被动隔振;
  基金:國家自然科学基金资助项目(75363)； ;

• 作者：尚超;阳倦成;张杰;倪明玖; 期刊：

  国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;常温下为液态的镓銦锡合金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动嘚变化过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的无量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振動频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.
  关键词:金属液滴;泡沫金属底板;铺展系数;回弹;形状振动;
  基金:国家自然科学基金(76166)； ;中国博士后科学基金()资助项目； ;

• method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场嘚计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介叺看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加簡单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合傳热问题的有效性和可行性.
  关键词:简化热格子Boltzmann方法;浸没边界法;流固耦合传热;自然对流;
  基金:国家自然科学基金资助项目(72179)； ;