飞行器 结构动力学.共30页
飞行器结构动力学性能分析及其优化研究
飞行器结构动力学性能分析及其优化研究随着技术的不断进步和工业的不断发展，人们对飞行器的需求越来越大，而飞行器的质量和性能是制约其发展的两个最重要的因素。
因此，对飞行器的结构动力学性能进行分析和优化是非常重要的。
本文将探讨飞行器结构动力学性能分析及其优化研究。
一、飞行器结构动力学性能分析1. 飞行器的结构飞行器的结构是指其各个组成部分之间的相互作用关系。
它包括主翼、机身、发动机、起落架等部件，这些部件在整个飞行器中扮演不同的角色，共同完成飞行任务。
2. 飞行器的动力学性能飞行器的动力学性能是指其在飞行过程中，受力后的动态响应能力。
这包括对振动的响应强度、舵面的控制性能、飞行器的稳定性和操控性等。
这些性能对飞行器的性能和安全性都是至关重要的。
3. 飞行器结构动力学性能分析的方法飞行器的结构动力学性能分析主要采用数学建模和数值分析的方法。
其中，数学建模是指将飞行器的结构和动力学性能用数学语言来描述，包括弹性振动方程、控制方程等。
而数值分析是指利用计算机将模型进行离散化求解，得到飞行器的结构和动力学性能的计算结果。
二、飞行器结构动力学性能优化研究1. 优化算法飞行器的结构动力学性能优化是指利用优化算法对飞行器的结构和动力学性能进行优化。
目前，常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。
2. 优化目标优化目标包括降低飞行器的重量、提高其刚度和强度、减小振动等方面。
这些优化目标都是为了提高飞行器的性能和安全性。
3. 优化结果飞行器的结构动力学性能优化结果包括改变飞行器的结构形态、设计新型材料以及加强结构等。
优化结果对于提高飞行器的性能和安全性有着重要的作用。
三、结论和展望结构动力学性能分析和优化是飞行器发展的重要方向。
未来，随着计算机技术和数值分析方法的不断进步，飞行器结构动力学性能分析和优化将会更加深入和精细化。
同时，也需要开发新型材料和优化算法，以更好地满足飞行器的需求。
结构动力学-飞行器
五、关于平时成绩、期末考试
1.考核方式：平时成绩＋期末考试（笔试）； 2．期末考试命题原则及内容分配比例：
单自由度系统（40分），多自由度系统（40分），基本
概念（20分)； 3．成绩评定及组成要素：平时成绩（含平时作业：15
分，试验5分）：20分；
4. 期末考试：笔试80分。
第一章 单自由度振动系统
§1.1 结构动力分析中的自由度
一. 自由度的定义
确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体系的动力自由度数。
二. 自由度的简化
实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，而且从工程 角度也没必要。常用简化方法有：
m
1) 集中质量法 将实际结构的质量看成（按一定规则）
阻尼情况。
用哈密顿原理时和上两方法不同，不再考虑惯性力、阻
尼例和弹性恢复力等，它们通过能量变分来得到。
由哈密顿原理推得Lagrange方程
d dt
L qk
L qk
0(k
1,2
n)
L T V
4). 动力学三大定理
§1.3 建立运动方程的基本步骤
本课程 用达朗泊尔原理通过列平衡方程得到运动方程
的“直接平衡法列”。平以衡下方讨程论中称一刚律度认为法系统的阻尼是等
效粘滞阻尼。 直接平衡法列方程的一般步骤为： 1) 确定体系的自由度——质量独立位移数； 2) 建立坐标系，确定未知位移（坐标正向为正）； 3) 根据阻尼理论确定质量所受的阻尼力； 4) 根据达朗泊尔原理在质量上假想作用有惯性力（注意：
惯性力是实际的，但它不作用在质量上）； 5) 取质量为隔离体并作受力图； 6) 根据达朗泊尔原理列每一质量的瞬时动力平衡方程，
飞行器结构动力学性能与优化设计
飞行器结构动力学性能与优化设计飞行器结构动力学性能与优化设计是飞行器设计过程中非常重要的部分。
飞行器的结构动力学性能决定了其在飞行过程中的可靠性和稳定性，而优化设计则可以提高飞行器的性能和效率。
本文将就飞行器结构动力学性能和优化设计进行探讨，并介绍一些常用的方法和技术。
一、飞行器结构动力学性能飞行器的结构动力学性能主要包括以下几个方面：1. 自然频率和振型：自然频率是指飞行器在没有外力作用下的震动频率。
飞行器的结构需要具备足够高的自然频率，以确保在飞行过程中不会出现共振现象。
振型则是指飞行器在某一特定自然频率下的振动形态。
2. 响应特性：飞行器在受到外力、气动力或激励力作用时的响应特性。
响应特性包括飞行器的振幅、相位和频率响应。
3. 预应力和刚度：预应力是指在结构中施加的预先作用力，以提高结构的刚度和强度。
刚度则是指飞行器的抵抗外力变形的能力。
二、飞行器优化设计为了提高飞行器的性能和效率，优化设计是必不可少的。
以下是一些常见的飞行器优化设计的方法和技术：1. 材料优化：选择合适的材料可以提高飞行器的刚度、强度和耐久性。
常见的材料包括复合材料、铝合金和钛合金等。
2. 结构优化：通过优化飞行器的结构设计，可以降低其自重和空气阻力，提高其性能和效率。
常见的结构优化方法包括拓扑优化、材料分层和空气动力学优化等。
3. 控制优化：通过优化飞行器的控制系统设计，可以提高其稳定性和操纵性。
常见的控制优化方法包括自适应控制、最优控制和PID控制等。
4. 气动优化：通过优化飞行器的气动外形设计，可以降低空气阻力和增加升力，提高飞行器的速度和燃油效率。
常见的气动优化方法包括几何参数优化和气动布局优化等。
三、结论飞行器的结构动力学性能与优化设计对于飞行器的飞行安全和性能提升起着重要的作用。
通过合理的优化设计，可以提高飞行器的可靠性、稳定性和效率，进而推动航空技术的发展和进步。
总而言之，飞行器结构动力学性能与优化设计的研究是航空领域中至关重要的课题。
《飞行器动力装置》课件
要点二
核能推进
核能推进技术是一种具有极高推进效率的推进方式，但存 在安全和环保问题。目前，核能推进技术正在不断研究和 探索中，未来有望在特定领域得到应用。
智能化与绿色化发展
智能化
智能化是未来飞行器动力装置的重要发展方 向，通过智能化技术可以实现飞行器动力装 置的自适应控制、自主决策和自主维护等功 能，提高飞行器的安全性和可靠性。
详细描述
推力是指飞行器动力装置在单位时间内对空气施加的力量， 是衡量发动机性能的重要指标之一。推力的大小直接影响飞 行器的起飞重量、爬升速度、巡航速度和作战半径等关键性 能。
比热比
总结词
比热比是燃烧室中燃料燃烧释放的热 量与空气吸热量的比值，是评价发动 机性能的重要参数。
详细描述
比热比越大，表示燃烧室中燃料燃烧 越充分，热量释放越多，发动机的推 力和效率越高。同时，比热比也影响 发动机的燃烧效率和排放物生成。
《飞行器动力装置》ppt课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器动力装置概述 • 飞行器动力装置的组成与结构 • 飞行器动力装置的性能参数 • 飞行器动力装置的应用 • 飞行器动力装置的未来发展
01
飞行器动力装置概述
定义与分类
定义
飞行器动力装置是用于产生推力或拉力，使飞行器得以起飞、巡 航和着陆的装置。
VS
火箭发动机
用于运载火箭的推进动力，要求具有高推 力、高可靠性、可重复使用等特点。
军事领域
军用飞机发动机
用于战斗机、轰炸机等军用飞机的推进动力，要求具有高机动性、高可靠性、高维护性等特点。
导弹发动机
用于导弹的推进动力，要求具有高推力、高可靠性、快速响应等特点。
民用领域
飞行器结构动力学_第1章
（1-3） （1-4）
1.2 工程振动的表示方法
复振动表示简谐过程，可使许多振动问题的分析或运 算得到简化。
位移 速度
x(t) Xe jωt
dx jω Xe jωt Ve jωt dt π j 2 V jω X ω Xe
• 较抽象，自动消除约束，对复杂、连续系统较常用
• 实验方法：可检验理论的正确性
第 1章 概 论
结构动力学建模
• 分析模型： – 1）连续系统模型；2）离散系统模型。 – 模型复杂度决定因素：系统特性，计算能力、计算成本 • 最基本的物理量 – 质量（储存动能，产生惯性力） – 刚度（储藏势能，提供恢复力） – 阻尼（消耗能量，产生阻尼力） • 分析工具 – 核心问题是运动方程的求解 – 有限元方法（离散化，近似解，绝大多数问题由于复杂 程度，无法得到解析解，必须求助于数值解） – NASTRAN，ANSYS，Abaqus
n 1
（1-10）
幅值谱
其中
(n 1, 2, 3, ...)
相位谱
（1-11）
周期振动过程可视为频率顺次为基频ω1 及其整数倍的若干或
无数简谐振动分量的合成振动过程。
依据n =1, 2, 3,…各阶分量依次称为基频分量、二倍频分量、三
倍频分量等。基频分量有时称为基波，n倍频分量称为n次谐波。
第 1章 概 论
结构动力学研究内容
激励 输入 系统 输出 响应
• 研究对象－系统，它表征系统本身振动特性 • 响应：系统对输入的输出。 • 振动设计：已知输入，设计系统的输出特性，使其满 足一定要求。 • 系统识别：输入与输出已知，研究系统的特性。 • 环境预测：已知系统特性和输出，研究输入。 • 飞行器结构动力学/振动介绍飞行器等结构振动分析 的基本理论和方法，是飞行器设计，固体力学等专业 的必修课之一。
飞行器 结构动力学.
（1-7）
上述三式表明，复振动的速度v(t)比位移x(t)在相位上 超前 2 ；加速度a(t)又比速度v(t) 超前 2 .
第 1章 概 论
第1章
概
论
1.6 振动的频谱
第 1章 概 论
1.6 振动的频谱
在数学上，周期函数可展为傅里叶三角级数，设 x(t)=x(t+kT), k为整数，并令 1 2 / T , 则有
x(t ) a0 (an cos n1t bn sin n1t )
n 1
（1-8）
其中
1 T a0 2T xdt T 2
2 T an 2T x cos n1tdt T 2
第 1章 概 论
1.6 振动的频谱
第 1章 概 论
第1章
概
论
1.3 基本研究方法与分析模型
第 1章 概 论
1.3 基本研究方法与分析模型
最基本的分析模型有两大类：
连续系统模型
离散系统模型
第 1章 概 论
第1章
概
论
1.4 振动的类型
第 1章 概 论
1.4
振动的类型
振动过程是指振动位移、速度、加速度、力和应变 等机械量随时间的变化历程。对振动过程，按不同的标 准有多种分类方法。 a.
飞行器 结 构 动 力 学
第1章 概 论
西北工业大学航天学院
飞行器设计工程系
第 1章 概 论
文 立 华
主 讲 教 师
飞行器结 构 动 力 学
第1章 概 论
西北工业大学
第1章
概
论
1.1 飞行器结构动力学的目的与任务 1.2 动力问题的基本特性 1.3 基本研究方法与分析模型 1.4 振动的类型 1.5 振动的表示方法 1.6 振动的频谱
飞行器结构动力学第5章弹性体振动
其中 X(t)是振型函数，它表示整个弦的振动形态，而 Y(t)表征点 的振动规律。将（5-3）代入（5-1）式，可得:
2 2 1 d X 1 d Y 2 c 2 X dx Y dt 2
（5-4）
要使上式对任意的x与t都成立，必然是二者都等于同一个常数。 设这一常数为α，得如下两个常微分方程
第5章 工程振动测试和实验
第5章 工程振动测试和实验
5.1
波动方程
弦 的 振 动
设理想柔软的细弦张紧于两个固定点之间，张力为T 跨长 为 l，弦单位长度的质量为ρ ，两支点连线方向取为x 轴，与 x 轴垂直的方向取为 y轴，如图5-1a，
(a) 图5-1 弦振动示意图
第5章 工程振动测试和实验
5.1
弦 的 振 动
设弦的振动发生在xoy平面内，弦的运动可表示为y = y(x,t) 。 并假设弦的振动幅度是微小的，即y 与 均为小量；在这些 y x 假设下，弦的张力T 可近似地看作常量。再设重力与阻尼的影 响均可略去不计。 在自由振动中，弦的微元dx 的受力图如图5-1b,运动微 分方程为 2 y dx 2 T sin( dx) T sin t x
5.8 振型函数的正交性
5.9 主振型叠加法
5.4 梁的弯曲振动
5.5 简支梁情形
第5章 工程振动测试和实验
第5章
工程振动测试和实验
5.1 弦的振动
第5章 工程振动测试和实验
5.1
弦 的 振 动
前面几章，我们讨论的都是离散体系统，这一 章我们将讨论连续系统，连续系统是由弹性体元件 组成的 本章讨论理想弹性体的振动。所谓理想弹性体是 指满足以下三个条件的连续系统模型：
y(0, t ) y(l , t ) 0
飞行器结构力学讲义
飞行器结构力学讲义飞行器结构力学是指对飞行器结构在受力下的力学行为进行分析和设计的一门学科。
在飞行器设计过程中，结构力学是一个非常重要的领域，因为它关系到飞行器的安全性和可靠性。
本讲义将介绍飞行器结构力学的基本理论和应用。
首先，飞行器结构力学的基本理论包括静力学和动力学。
静力学研究飞行器在平衡状态下的受力和变形情况。
而动力学则研究飞行器在动力作用下的受力和变形情况。
这两个理论是相互关联的，飞行器的设计需要同时考虑静力学和动力学的影响。
静力学的核心是受力分析和变形分析。
受力分析是指研究飞行器在受外力作用下各个零部件受力的情况。
通过受力分析，可以确定飞行器结构的受力状态和关键零部件的负荷。
变形分析是指研究飞行器在受力后的变形情况。
通过变形分析，可以确定飞行器结构的刚度和变形限制。
这些信息对于设计强度和刚度合理的飞行器结构非常重要。
动力学的核心是动力分析和振动分析。
动力分析是指研究飞行器在动力作用下各个零部件的受力和变形情况。
通过动力分析，可以确定飞行器结构在不同工况下的受力情况，从而指导设计材料和结构。
振动分析是指研究飞行器在受到外界激励后的振动情况。
振动分析是飞行器结构动力特性的重要参数，对于飞行器的安全性和舒适性都有重要影响。
除了静力学和动力学，飞行器结构力学还包括疲劳分析和断裂分析。
疲劳分析是指研究飞行器结构在重复加载下的破坏情况，通过疲劳分析可以确定飞行器结构的寿命，并进行合理的维修和保养。
断裂分析是指研究飞行器结构在破坏加载下的破坏情况，通过断裂分析可以预测飞行器结构的破坏载荷，从而进行合理的结构设计和材料选择。
飞行器结构力学的应用非常广泛。
在飞机设计中，结构力学是飞机设计的基础。
通过结构力学分析，可以确定飞机结构的强度、刚度和稳定性等重要参数。
在火箭和航天器设计中，结构力学同样是不可或缺的。
飞行器在发射和飞行过程中承受着巨大的外界载荷，需要通过结构力学分析来保证安全性和可靠性。
此外，飞行器结构力学还应用于无人机、直升机等不同类型的飞行器设计中。
飞行器结构动力学分析及其优化设计
飞行器结构动力学分析及其优化设计一、引言随着人类科技的进步和航空运输业的发展，飞行器作为重要的交通工具之一，受到了越来越多的关注。
飞行器的性能和安全关系到人们的生命财产安全，而结构动力学问题是影响飞机安全性能的主要因素之一。
因此，对飞行器结构动力学进行分析和优化设计对于提高飞行器性能和安全至关重要。
二、飞行器结构动力学分析飞行器结构动力学分析是指在一定条件下，对飞行器结构的运动变形、应力应变等动力学过程进行分析的过程。
结构动力学分析主要包括有限元分析、冲击响应分析、疲劳寿命分析和损伤容限分析等。
1. 有限元分析有限元分析是基于连续体力学理论的一种数值计算方法。
将结构按一定网格剖分成有限个小单元，将每个小单元看作一个简单的有限元素，结合建立在元素上的力学方程组，通过计算机程序解出各单元在初始条件下的运动状态，从而推算出整体结构的运动状态。
有限元分析可以有效地研究结构受力、受损、断裂的情况，为结构的设计提供科学依据。
2. 冲击响应分析冲击响应分析是指研究结构在外力作用下的变形、损伤和断裂情况。
根据冲击作用方式和强度的不同，分别选择不同的测量和分析方法。
通过冲击响应分析，可以将飞行器的结构强度和耐久性等性能得到提高。
3. 疲劳寿命分析疲劳寿命分析是指通过疲劳试验和计算来确定结构在一定载荷和工况下所能承受的循环应力次数和疲劳寿命。
通过对机构疲劳寿命的分析，可以减少机构的疲劳失效，从而提高飞行器的安全性能。
4. 损伤容限分析损伤容限分析是指通过测定机构受到一定程度的损伤后，还能够正常工作的时间，从而确定机构的损伤容限。
通过对机构损伤容限分析，可以预测机构的损伤成因和损伤规律，从而为优化设计提供科学依据。
三、优化设计针对飞行器结构动力学分析中所发现的问题，如强度不足、结构稳定性差、动态响应差等，需要进行优化设计，提高飞行器的性能和安全性。
1. 结构强度优化飞行器的强度是保证其安全的重要条件之一。
对于出现强度不足的部件，可以通过结构形状重新设计、材料替换、加强加固等方式来提高其承载能力和抗疲劳性。
飞行器结构力学讲义
飞行器结构力学郑晓亚王焘西北工业大学2011年6月目录第一章绪论 (1)1.1 结构力学在力学中的地位 (1)1.2 结构力学的研究内容 (1)1.3 结构力学的计算模型 (1)1.4 基本关系和基本假设 (3)第二章结构的组成分析 (5)2.1 几何可变系统和几何不变系统 (5)2.2 自由度、约束和几何不变性的分析 (5)2.3 组成几何不变系统的基本规则、瞬变系统的概念 (7)2.4 静定结构和静不定结构 (12)第三章静定结构的内力及弹性位移 (13)3.1 引言 (13)3.2 静定桁架的内力 (13)3.3 静定刚架的内力＊ (16)3.4 杆板式薄壁结构计算模型 (19)3.5 杆板式薄壁结构元件的平衡 (20)3.6 静定薄壁结构及其内力 (25)3.7 静定系统的主要特征 (34)3.8 静定结构的弹性位移 (35)第四章静不定结构的内力及弹性位移 (45)4.1 静不定系统的特性 (45)4.2 静不定系统的解法——力法 (45)4.3 对称系统的简化计算 (54)4.4 静不定系统的位移 (57)4.5 力法的一般原理和基本系统的选取 (60)第五章薄壁梁的弯曲和扭转 (64)5.1 引言 (64)5.2 自由弯曲时的正应力 (65)5.3 自由弯曲时开剖面剪流的计算 (68)5.4 开剖面的弯心 (71)5.5 单闭室剖面剪流的计算 (77)I5.6 单闭室剖面薄壁梁的扭角 (81)5.7 单闭室剖面的弯心 (82)5.8 多闭室剖面剪流的计算＊ (86)5.9 限制扭转的概念＊ (91)第六章结构的稳定 (94)6.1 引言 (94)6.2 压杆的稳定性 (95)6.3 薄板压曲的基本微分方程 (95)6.4 薄板的临界载荷 (99)6.5 板在比例极限以外的临界应力 (102)6.6 薄壁杆的局部失稳和总体失稳 (103)6.7 加劲板受压失稳后的工作情况——有效宽度概念 (104)6.8 加劲板受剪失稳后的工作情况——张力场梁概念 (108)II第一章绪论1.1 结构力学在力学中的地位结构力学是飞行器结构计算的理论基础。
飞行器结构动力学
第1章 概 论
第1章 概 论
1.6 振动的频谱
第1章 概 论
1.6 振动的频谱
在数学上，周期函数可展为傅里叶三角级数，设
x(t)=x(t+kT), k为整数，并令 1 2 / T , 则有
x(t) a0 (an cos n1t bn sin n1t) （1-8） n1
z Ae j(ωt) Ae jt
第1章 概 论
（1-4）
1.5 振动的表示方法
用复振动表示简谐过程，使许多振动问题的分析或运 算得到简化，如用复振动表示的简谐振动的位移 、速
度 v(t)及加速度 a(t)之间的关系为
x(t) X e jωt
（1-5）
v(t)
dx dt
jωXe jωt
第1章 概 论
1.1 飞行器结构动力学的目的与任务
其他问题 飞行器结构与其他系 统的动力学耦合问题（ 如飞行器结构与推进系 统耦合产生的 POGO 问题）；保证飞行器乘 员舒适性的问题；液体 燃料火箭的燃油晃动问 题等。
第1章 概 论
1.1 飞行器结构动力学的目的与任务
分为以下四方面的基本课题：
第1章 概 论
第1章 概 论
1.4 振动的类型
第1章 概 论
1.4 振动的类型
振动过程是指振动位移、速度、加速度、力和应变等 机械量随时间的变化历程。对振动过程，按不同的标准 有多种分类方法。
a.
第1章 概 论
1.4 振动的类型
b.
第1章 概 论
1.4 振动的类型
c.
第1章 概 论
第1章 概 论
1.1 飞行器结构动力学的目的与任务
飞行器结构动力学的分析与优化
飞行器结构动力学的分析与优化第一章：引言飞行器的结构动力学分析与优化是航空航天工程中的重要研究领域。
结构动力学研究飞行器在飞行过程中受到的外部激励力的作用，以及飞行器结构的响应和振动特性。
优化设计则旨在通过调整结构和材料的参数，使飞行器在保证安全性和性能的前提下，达到最佳的结构动力学性能。
第二章：飞行器结构动力学分析飞行器结构动力学分析主要包括静力学分析、模态分析和频率响应分析等。
静力学分析是计算飞行器在受到外部载荷作用下的平衡状态，以及各个结构部件的内力和变形情况。
模态分析则是研究飞行器的固有振动模态及其频率和振型形态，以评估飞行器的结构强度和稳定性。
频率响应分析则是考察飞行器在受到外部激励力作用下的响应情况，包括位移、速度和加速度等。
第三章：飞行器结构动力学优化方法飞行器结构动力学优化方法主要包括参数化建模、敏感性分析、约束条件设置和优化算法应用等。
参数化建模是将飞行器的结构和材料参数通过数学模型进行描述，以便于对其进行优化。
敏感性分析则是分析目标函数对参数的敏感程度，为进一步优化提供指导。
约束条件的设置是为了保证优化结果满足飞行器的安全性、强度和性能等要求。
优化算法的选择将直接影响到优化效果和计算效率，常见的算法包括遗传算法、粒子群优化算法和拟牛顿法等。
第四章：飞行器结构动力学优化实例以某型号飞行器的机翼设计为例，介绍飞行器结构动力学优化的实际应用。
首先进行参数化建模，将机翼的结构和材料参数进行描述。
然后进行静力学分析，计算机翼在升力和迎角变化情况下的受力和变形情况。
接着进行模态分析，研究机翼的固有振动频率和振型。
最后进行频率响应分析，考察机翼在受到外部激励力作用下的响应情况。
根据分析结果，可以进行敏感性分析，了解目标函数对于结构参数的敏感度。
然后根据约束条件设置，确定优化的目标函数和可行域。
最后选择适当的优化算法，对机翼结构参数进行优化，以达到最佳的结构动力学性能。
第五章：结论飞行器结构动力学的分析与优化是航空航天工程中的关键内容，可以提高飞行器的结构强度和稳定性，优化飞行器的性能指标。
北航飞行器结构动力学概览
若一个系统的运动只需要一个独立的未知数 就可以确定，则称这种系统为单自由度系统. （Single Degree of Freedom,SDOF）
θ
l
单摆 mg
l
x
k
mo
x
弹簧质量系统
2
§2.1自由振动：
一、无阻尼自由振动 例1、无阻尼质量弹簧系统
l k
F = ma
x mo
β>>1，D→0
B、β→1，振幅急剧增大；
β ≈ 1 时，振幅响应几乎达到最大值，系统发生共振。随着阻尼比逐渐降
低，振幅趋于无穷大。
32
2、相频响应特性曲线
A 、ξ=0时， φ =0（β<1 ） φ =π（β>1）
B、β=1处间断;ξ≠0时，是连续变化的光滑曲线；
为滞后相位角 扰力的角度。
，即位移响应滞后于干
X = F0 cosφ
m
2ξωnω X
=
F0 m
sin φ
⇒ X = F0
( ) m ωn2 − ω2 2 + (2ξωnω)2
F0
( ) k − mω2 2 + (cω)2
=φ
a= rctan ω2nξ2 ω−nωω2
cω k − mω2
23
定义：频率比
β
=
ω ωn
⇒ X = F0
F0 k
( ) ( ) k − mω2 2 + (cω)2
F
x
x
x
3
1. 牛顿运动定律法建立微分方程
−kx =mx
令
ωn =
k m
x+ k x = 0 m
飞行器结构动力学研究
飞行器结构动力学研究近年来，飞行器技术的发展日新月异，从传统的飞机、直升机到无人机和火箭等各类飞行器，都需要通过严谨的结构动力学研究，确保其飞行的安全和稳定。
飞行器的结构动力学研究主要涉及飞行器结构设计和动力学分析两个方面。
其中，结构设计是指根据飞行器的使用需求和飞行环境，确定飞行器的整体结构、布局、材料以及各部件之间的连接和支撑方式等，使其满足力学和航空学的基本原理，保证航空器结构的可靠性和安全性。
而动力学分析则是指分析飞行器飞行时所受到的各种载荷和不利影响，例如气动荷载、重力、加速度等，以及这些载荷对飞行器的响应、振动、稳定性和控制等方面的影响，从而对飞行器的设计和运行提供有力的支持。
目前，随着科学技术的进步和创新，人们对飞行器的要求越来越高，需要在实际操作中考虑到复杂多变的因素，例如风洞模拟、云层气流模拟、飞行速度、高度和加速度等等。
为了更好地进行结构动力学研究，科学家们不断寻求新的实验方法和模拟技术，例如使用计算机模拟、数值仿真、实际测试等手段，以优化设计和改进性能。
在这些方法中，计算机数值仿真已成为结构动力学研究的主要手段之一。
通过建立复杂的数学模型和计算模拟程序，可以对飞行器结构和运行条件进行研究和模拟，预测飞行器在不同载荷和飞行条件下的响应和振动情况，分析其稳定性和控制性等方面的性能。
而这些预测和分析结果能够在实际运行中得到验证和优化，提高飞行器的效率和安全性。
除了数值仿真，实验测试也是结构动力学研究的必要手段之一。
例如，利用大型风洞进行气动试验，通过测量模型在不同风速、攻角和失速等情况下所受到的气动力和表面压力，可以研究飞行器的气动性能和流场特性，为优化航空器外形和减小气动阻力提供实验数据。
而通过机械测试和振动试验等手段，还可以研究飞行器在不同载荷、振动、冲击和环境条件下的响应和稳定性。
结构动力学研究的进展不仅推动了飞行器技术的发展，也对工程力学和材料科学等领域的发展产生了重要影响。
结构动力学-1-print共30页
析时仍视作静荷载。静荷只与作用位置有关，而动荷是坐
标和时间的函数。
二.动荷载的分类
确定 动荷载
简谐荷载 周期 非简谐荷载
冲击荷载 非周期 突加荷载
其他确定规律的动荷载 风荷载
不确定
地震荷载 其他无法确定变化规律的荷载
§1.3 振动系统的力学模型及其分类
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
第二类问题：参数（或称系统）识别
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
第三类问题：荷载识别。
输出 （动力反应）
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
第四类问题：控制问题
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
控制系统 （装置、能量）
实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难， 而且从工程角度也没必要。常用简化方法有：
集中质量法 广义坐标法 有限单元法
1) 集中质量法 将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些
几何点上，除这些点之外物体是无质量的。这样就将无 限自由度系统变成一有限自由度系统。
m
2) 广义坐标法
y(x) aii(x) i1 n
m y (t)P(t) 运动方程
m
P (t)[m y (t) ]0
P(t) m y(t)
形式上的平衡方程，实质上的运动方程
惯性力
一、柔度法
P(t) m m y(t) =1 11 y(t)
l EI
1[1P(t)m y (t)]
P(t) m y(t)
l
高速飞行器的结构动力学特性与优化设计
高速飞行器的结构动力学特性与优化设计飞行器的结构动力学特性和优化设计在高速飞行器的研发中起着至关重要的作用。
高速飞行器是指具有较高速度、较大载荷和较高飞行高度的航空器，如喷气式飞机、超音速飞机和高超声速飞行器等。
在高速飞行器的设计中，如何减小结构振动、提高飞行稳定性、提高结构强度和减小动态载荷等问题都需要考虑。
本文将从结构动力学特性入手，介绍高速飞行器的结构动力学特性及其优化设计方法。
一、结构动力学特性分析高速飞行器的结构动力学特性主要包括结构振动、飞行稳定性和结构强度等方面。
其中结构振动是指飞行器在飞行过程中由于外部载荷和内部激励而产生的振动现象。
飞行稳定性是指飞行器在飞行过程中的稳定性能，包括稳定性边界、自由度耦合等指标。
而结构强度是指飞行器在高速飞行过程中受到的各种动态载荷的影响，包括气动载荷、重力载荷和惯性载荷等。
1. 结构振动分析结构振动分析是指对飞行器在高速飞行过程中受到的外部载荷和内部激励造成的结构振动进行分析。
常用的分析方法包括有限元分析、模态分析和响应分析等。
有限元分析是一种常用的结构分析方法，它将结构离散化为有限个节点和单元，利用数值计算方法求解结构的动力学响应。
2. 飞行稳定性分析飞行稳定性分析主要是指对飞行器在高速飞行过程中的稳定性进行分析。
稳定性边界是指飞行器在不同飞行工况下的稳定性边界，包括失速边界、失控边界等。
自由度耦合是指飞行器在飞行过程中各个自由度之间的耦合关系，如俯仰和滚转自由度的耦合。
3. 结构强度分析结构强度分析是指对飞行器在高速飞行过程中受到的各种动态载荷的影响进行分析。
常见的动态载荷包括气动载荷、重力载荷和惯性载荷等。
气动载荷是指由于飞行器在飞行过程中受到的风速和气动力的影响而产生的载荷。
二、优化设计方法为了提高高速飞行器的结构动力学特性，提高飞行稳定性和减小结构振动，可以采用优化设计方法。
优化设计主要包括材料优化、结构优化和激励优化等方面。
1. 材料优化材料优化是指通过选择合适的材料来提高飞行器的结构动力学特性。
飞行器结构学
飞行器结构学1.安全系数和过载系数的关系？安全系数：f=F d/nG 过载系数：n=R bi/G安全系数随过载系数的增大而减小，反之，随过载系数的减小而增大2.结构设计的基本要求?气动要求、质量要求、使用维护要求、可靠性要求、工艺要求、经济性要求3.翼面的功用：产生升力，平衡飞机或导弹的重力4.主要外载荷？○1空气动力○2翼面结构质量力○3其他部件和外挂物传来的集中力5.翼面主要受力构件和作用？蒙皮：形成流线形的翼面外形桁条：对蒙皮起支撑作用翼梁：缘条承受由弯矩M引起的拉压轴力。
腹板承受剪力Q以及扭矩Mt引起的剪流纵墙：纵墙一般不能承受弯矩，主要用来承受和传递剪力，并与蒙皮以及其他腹板构成闭式，共同承受翼面扭转引起的剪流翼肋：维持翼剖面的形状，并将蒙皮上的局部气动载荷和桁条上的载荷传递给翼梁和蒙皮。
6.翼面的主要结构形式？翼面的主要结构形式是指结构中主承力系统的组成形式，翼面结构典型的受力形式有，蒙皮骨架式、整体壁板式、夹层结构。
7.梁式翼面结构的结构特点、受力特点和优缺点？特点：蒙皮很薄，纵向翼梁很强，纵向长桁较小且弱，有时在与翼肋相交断开，梁缘条的截面面积比长桁的大得多可近似的认为翼面弯矩的绝大部分或全部由梁缘条承担优点：结构比较简单，对接点少连接简单，适宜集中连接缺点：气动性能差，总体受力性能较差，生存性能较低8.单块式翼面结构的结构特点，受力特点和优缺点？单块式翼面结构：蒙皮较薄，与长桁且密，弱梁，翼梁缘条组成可受轴力的壁板承受绝大部分弯矩，纵向长桁布置较低密，长桁截面积与梁的横截面比较接近梁与墙与蒙皮壁板形成封闭盒段，增强翼面结构的扭转刚度优点：蒙皮在气动载荷作用下变形较小，气流质量高，材料想翼剖面外缘分散，抗弯，抗扭刚度与强度均比较高，安全可靠性比梁式结构好缺点:结构比较复杂，大开口后，需加强周围结构以补偿承弯能力，如果加口盖，需要对口盖和口框加强，以保证传力连续。
9.多腹板式翼面结构特点，受力特点和优缺点？多腹板式翼面结构特点：蒙皮厚，无长桁，多腹板，梁弱，解决了高速薄翼型翼面的强度和刚度与结构承重之间的矛盾优点：气动性能好，总体受力性能较强，结构简单，破损安全性好，生存性高缺点:不宜大开口，与机身或弹身连接点多10.什么是传力分析？（弄清楚受力元件在结构中的地位和作用）对结构的各种外载荷通过各种元件逐点、向结构支持基础传递的过程进行分析，了解各主要元件的受力情况及其传力特点11.传力分析的方法主要有？○1弄清结构所收的载荷最后应传向何处○2分清结构主要和次要的受力元件以及主要和次要的受力部分○3弄清各主要元件的连接关系和连接方式，以便正确地确定支持形式和传力方式○4从结构的外载荷作用开始，依次取出各个构件部分或元件为分离体，按它们各自的受力特性合理化简成典型的受力元件○5分析传力必须具备刚度概念12.刚度分配的依据是什么？“刚度是指元件（构件）在载荷作用下抵抗变形的能力”刚度大分配到的载荷大，刚性支持分配到的载荷大，弹性支持分配到载荷小13.板件的主要受力特点？板可以承受垂直于板平面的分布载荷，不适宜承受集中力14.杆件的主要受力特点？杆只能承受和传递沿杆轴方向的集中力和分布力，杆本身受拉能力强，受压易发生局部或总体失稳，承受能力极低15.板杆结构件的主要受力特点？适宜承受横向分布的载荷和板杆平面内的载荷。