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基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法研究
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作者 徐炅阳 余秋子 +2 位作者 张佳龙 操小龙 陈海波 《振动与冲击》 北大核心 2025年第8期133-142,共10页
传统声振耦合系统微结构拓扑优化依赖于有限元、边界元等数值方法,存在计算成本高、耗时长的问题。为此,提出一种基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法。该方法的核心是以微结构密度分布为特征,以系统响应和灵敏度值为标签构... 传统声振耦合系统微结构拓扑优化依赖于有限元、边界元等数值方法,存在计算成本高、耗时长的问题。为此,提出一种基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法。该方法的核心是以微结构密度分布为特征,以系统响应和灵敏度值为标签构建数据集分别训练人工神经网络,建立微结构材料分布与响应及灵敏度之间的非线性映射关系。数值测试表明,所提方法通过神经网络预测的方式替代传统的响应分析和灵敏度计算,在保证计算精度的同时减少计算成本,最终显著提升声振耦合系统微结构拓扑优化计算效率。同时该方法具有较好的泛化能力,可以针对不同的初始结构快速给出收敛的优化构型,这对拓扑优化设计中的全局优化解的搜寻具有重要意义。 展开更多
关键词 声振耦合 拓扑优化 微结构 数据驱动 神经网络
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基于混合有限元-边界元的声振系统多材料拓扑优化方法研究
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作者 林心玥 赵文畅 +1 位作者 操小龙 陈海波 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期106-117,共12页
针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方... 针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方法)和边界元方法进行离散。运用混合有限元方法能够避免对声振耦合面的显式表征,且能使有限元与边界元离散交界面固定不变,有效减少计算成本。运用有序固体各向同性材料惩罚模型,建立单一设计变量下的多材料拓扑优化模型。以结构的辐射声功率级作为优化的目标函数,并采用伴随变量法进行灵敏度分析,最后通过移动渐进线优化算法对优化问题进行求解。通过基于Heaviside函数的分段投影密度滤波器进行优化后处理,得到数值稳定的多材料优化设计。数值模拟表明,该研究建立的多材料优化方法不仅具有高优化灵活度,同时可以降低声振耦合系统的辐射声功率级,是一个有效的拓扑优化方法。 展开更多
关键词 声振耦合系统 拓扑优化 混合有限元 边界元 多材料设计
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侧滑角对V字形钝化前缘激波振荡特性影响 被引量:4
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作者 张英杰 李祝飞 +6 位作者 张志雨 黄蓉 王军 杨基明 武利龙 刘坤伟 操小龙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期76-88,共13页
针对三维内转式进气道在侧滑状态下唇口处面临的非对称激波干扰问题,将唇口简化为V形钝化前缘,在来流马赫数为4的风洞中,采用高速纹影拍摄与壁面脉动压力测量,并辅以数值模拟,研究了半径比R/r=1 (V形根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比)... 针对三维内转式进气道在侧滑状态下唇口处面临的非对称激波干扰问题,将唇口简化为V形钝化前缘,在来流马赫数为4的风洞中,采用高速纹影拍摄与壁面脉动压力测量,并辅以数值模拟,研究了半径比R/r=1 (V形根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比)的V形钝化前缘在0°和2°侧滑角时的流动特性。结果表明,V形根部存在大尺度流动分离和分离激波振荡现象,并且这种振荡现象导致的壁面压力脉动对有/无侧滑非常敏感。与0°侧滑角相比,2°侧滑角时,迎风侧的分离区减小、振荡主频增加、脉动压力峰值显著升高,而背风侧的变化趋势则相反。有/无侧滑时,分离激波振荡主频经同侧的分离区尺度及直前缘激波后气流速度无量纲后,得到的斯特劳哈尔数均为St≈0.1,表明振荡现象均来源于沿壁面的逆流与来流之间的竞争机制。基于高速纹影图像的本征正交分解表明,无侧滑时,两侧分离激波振荡存在强耦合;而侧滑不仅会破坏这种振荡耦合,还使得前两阶振荡模态能量占比的差异性明显增大。 展开更多
关键词 进气道 激波干扰 流动分离 高速纹影 图像处理 激波振荡
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某复杂构型导弹高速风洞部件测力实验研究 被引量:2
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作者 李方吉 高超 +4 位作者 李为群 操小龙 李强 张悦 王俊兰 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期65-70,共6页
在2m×2m超声速风洞开展了某复杂构型导弹部件测力实验研究,实验的迎角范围为-6°~10°,侧滑角范围为-6°~6°,测力部件包括保护罩、左侧翼、大整流罩和小整流罩等部件。使用五分量天平对保护罩在风洞实验中所受到... 在2m×2m超声速风洞开展了某复杂构型导弹部件测力实验研究,实验的迎角范围为-6°~10°,侧滑角范围为-6°~6°,测力部件包括保护罩、左侧翼、大整流罩和小整流罩等部件。使用五分量天平对保护罩在风洞实验中所受到的载荷进行了测量,并利用分断面缝隙处的压力测量结果对保护罩测力实验结果进行了修正,获得了保护罩在实验条件下的真实部件气动特性数据;使用3台三分量天平,直接获得了左侧翼、大整流罩和小整流罩在实验条件下的部件气动特性数据。研究结果表明:实验结果可以作为结构设计的依据;保护罩测力实验结果修正方法合理可行,能够为今后类似部件测力实验结果的修正提供借鉴。 展开更多
关键词 导弹 部件 风洞实验 复杂构型
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一种基于谱元法的层合板SEA参数计算方法 被引量:2
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作者 袁金龙 陈海波 +1 位作者 王昆 操小龙 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第23期157-164,共8页
针对一般层合板统计能量分析(SEA)参数获取困难问题,建立了一种基于谱元法(SFEM)的SEA参数计算方法。采用三节点二次谱单元在层合板厚度方向进行网格划分,通过刚度矩阵与质量矩阵建立波数的特征方程;根据模态相似原则,利用皮尔逊相关系... 针对一般层合板统计能量分析(SEA)参数获取困难问题,建立了一种基于谱元法(SFEM)的SEA参数计算方法。采用三节点二次谱单元在层合板厚度方向进行网格划分,通过刚度矩阵与质量矩阵建立波数的特征方程;根据模态相似原则,利用皮尔逊相关系数对各阶模态的波数进行分类,进而获得层合板的模态密度、辐射效率等SEA参数。对单层薄板和三明治夹芯板进行了数值模拟研究,计算结果与其他理论值或实验值进行对比,验证了该方法的有效性,并以五层碳-碳正交各向异性板为例,考察了经典层合板理论和一阶剪切理论的分析偏差。最后计算了汽车玻璃层合板的内损耗因子,验证了基于SFEM计算层合板内损耗因子的有效性。 展开更多
关键词 谱元法 层合板 波数 模态密度 统计能量分析
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折叠翼面展开过程中气动载荷特性数值模拟 被引量:7
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作者 范国芳 李强 +1 位作者 操小龙 罗金玲 《气体物理》 2017年第6期48-53,共6页
针对某飞行器翼面高速展开过程采用定常和非定常数值模拟两种不同方法进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响非定常... 针对某飞行器翼面高速展开过程采用定常和非定常数值模拟两种不同方法进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现当翼面展开速度与来流速度相近时则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法. 展开更多
关键词 折叠翼面 气动载荷 展开角度 非定常效应
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考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化 被引量:2
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作者 郑文治 陈海波 操小龙 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期93-102,共10页
针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项... 针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法结合有限元-边界元耦合方法进行随机响应分析。通过材料属性的有理近似模型描述双材料的分布,以辐射声功率级的均值和标准差的加权和作为稳健拓扑优化的目标函数,随机响应的灵敏度同样通过PCE方法获得,最后通过移动渐近线优化算法对优化问题进行求解。数值算例表明,该方法相较于确定性拓扑优化可以获得对材料弹性模量不确定性更加不敏感的设计,这是不确定性优化方法在含外声场的声振强耦合问题上的一个新的拓展研究。 展开更多
关键词 声振耦合系统 拓扑优化 稳健设计 混沌多项式展开(PCE)
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内流壁温效应对高速飞行器气动特性的影响
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作者 武利龙 罗金玲 +2 位作者 李超 肖志祥 操小龙 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期84-91,共8页
吸气式高速飞行器内外流高度耦合,激波-边界层干扰严重,壁面温度会影响边界层内的流动,进而影响气动特性。因此,准确评估风洞试验中的壁温效应,提高气动特性的预测精度,对飞行器设计至关重要。通过常规超高速风洞试验,结合数值模拟分析... 吸气式高速飞行器内外流高度耦合,激波-边界层干扰严重,壁面温度会影响边界层内的流动,进而影响气动特性。因此,准确评估风洞试验中的壁温效应,提高气动特性的预测精度,对飞行器设计至关重要。通过常规超高速风洞试验,结合数值模拟分析,开展了内流壁温对气动特性的影响规律及作用机理研究。结果表明:在常规超高速风洞几十秒的运行时间内,随着运行时间增加,飞行器内流道壁面温度不断升高,俯仰力矩以及内流道壁面压力均会出现显著变化,其中俯仰力矩的增加量需要2°舵偏角来平衡;此外,数值模拟分析进一步指出,飞行器俯仰力矩的变化主要原因是内流道壁面温度升高、边界层增厚、近壁低速区挤压中心的高速区,使得内流道等效面积减小、气流压缩,相应的马赫数减小、压力升高,并引起内流道激波波系前移,从而改变了内流道压力分布,最终导致俯仰力矩发生变化。 展开更多
关键词 吸气式高速飞行器 壁温效应 内流 激波 边界层
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超声速进气道压力估算方法及验证
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作者 李强 操小龙 《航空工程进展》 CSCD 2020年第6期894-899,共6页
进气道载荷的预示和限制是超声速飞行器设计中的关键问题。以典型颌下进气超声速飞行器为研究对象,对其进气道流场进行数值仿真,研究不同马赫数、攻角、侧滑角及余气系数条件下的进气道压力特性;针对进气道压力工程估算及设计需求,使用... 进气道载荷的预示和限制是超声速飞行器设计中的关键问题。以典型颌下进气超声速飞行器为研究对象,对其进气道流场进行数值仿真,研究不同马赫数、攻角、侧滑角及余气系数条件下的进气道压力特性;针对进气道压力工程估算及设计需求,使用无量纲和解耦的方法,对进气道压力经验公式进行拟合;反算飞行试验中的进气道压力,并与测量结果进行对比。结果表明:进气道压力随马赫数增大而增大,随余气系数增大而减小;正常工作包线内,较小的攻角、侧滑角对进气道压力影响不明显;进气道压力经验公式计算值与飞行试验测量值符合较好,具有较高的精度。 展开更多
关键词 超声速 进气道 压力 经验公式 飞行试验
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