本书从机理、失效、设计和应用四个方面，系统地介绍飞行器先进液压管路系统流固耦合动力学分析与控制方面的理论、技术和方法。内容涵盖复杂管路系统流固耦合机理和仿真建模；管路结构流固耦合振动响应规律和失效模型；管路系统减振和可靠性优化设计方法；基于光纤光栅的管路系统故障监测技术；流固耦合试验技术与飞行器管路工程的故障分析等。
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前言
第1章绪论1
1.1飞行器高压液压系统1
1.2飞行器液压管路系统的故障2
1.3飞行器液压系统的流固耦合动力学概念4
1.4流固耦合对液压功能和结构性能的影响6
1.5飞行器液压管路系统流固耦合问题的特点9
参考文献11
第2章飞行器管路系统的流固耦合振动理论13
2.1输流管路流固耦合振动方程概述13
2.1.1流固耦合的主要形式13
2.1.2水锤方程模型15
2.1.3四方程模型16
2.1.4十四方程模型17
2.1.5运动耦合方程模型18
2.2单一管路的流固耦合振动方程20
2.2.1直管的流固耦合振动方程20
2.2.2曲管的流固耦合振动方程22
2.2.3锥形管的流固耦合振动方程25
2.2.4卡箍支撑单管路的流固耦合振动方程27
2.3基于多直管组集的复杂管路全系统流固耦合建模方法29
2.3.1直管离散单元的处理29
2.3.2方向余弦矩阵的建立32
2.3.3多直管组集方法33
2.3.4飞行器输流管路振动特性分析软件平台36
2.4基于直-曲管组集的复杂管路全系统流固耦合建模方法42
2.4.1输流直管的动刚度矩阵42
2.4.2输流曲管的动刚度矩阵44
2.4.3基于动刚度矩阵法的直-曲管组集算法50
2.4.4基于直-曲管组集算法的流固耦合建模示例54
2.4.5基于直-曲管组集算法的管形布局参数影响分析54
2.5软硬相接管路的流固耦合动力学特性与参数共振分析60
2.5.1软硬相接输流管路动力学模型60
2.5.2软硬相接输流管路固有特性分析68
2.5.3两种参数共振区分析方法70
2.5.4软硬相接输流管路的参数共振区分析73
2.5.5系统参数对参数共振区的影响76
2.5.6软硬相接管路流固耦合动力学设计建议80
参考文献80
第3章液压管路系统的流固耦合响应分析与优化技术82
3.1三段式弯曲的肘形导管的优化设计方法82
3.1.1液压管路弯曲处的紊流分析83
3.1.2三段式直角弯曲管形设计84
3.1.3三段式直角弯曲管形的优化设计85
3.1.4三段式直角弯曲管形优化前后效果对比88
3.1.5最优管形尺寸的影响讨论分析91
3.2“Ω”弯曲管形的力学机制探讨95
3.2.1“Ω”弯曲管形降低安装应力的作用96
3.2.2“Ω”弯曲管形降低压力脉动的作用98
3.2.3“Ω”弯曲管形的调频作用99
3.2.4“Ω”弯曲管形降低面内流固耦合共振响应的作用101
3.3大展弦比机翼中液压管路的抗大变形设计方法101
3.3.1大展弦比机翼-管路的简化力学模型102
3.3.2管路的主要布局参数102
3.3.3布局参数对管路根部应力的影响103
3.3.4布局参数对管路卡箍处变形的影响105
3.3.5大变形机翼中液压管路的布局优化设计107
3.4机体振动激励下“机体-卡箍-管路”系统的仿真分析110
3.4.1“机体-卡箍-管路”系统分析模型111
3.4.2“机体-卡箍-管路”系统的模态分析112
3.4.3“机体-卡箍-管路”系统的谐响应分析113
3.4.4“机体-卡箍-管路”系统的随机振动分析115
3.5压力脉动激励下“机体-卡箍-管路”系统的响应分析118
3.5.1“机体-卡箍-管路”系统压力脉动试验台118
3.5.2不同压力水平下管路应变波动分析120
3.5.3不同脉动幅值下管路周向应变波动分析121
3.5.4不同脉动频率下管路周向应变波动分析123
3.5.5压力脉动作用下管路系统加速度响应结果分析124
3.5.6“机体-卡箍-管路”系统压力脉动的流固耦合仿真方法126
3.6发动机液压管路系统的卡箍布局多目标优化128
3.6.1发动机液压管路系统多目标设计要求129
3.6.2发动机液压管路系统仿真模型129
3.6.3发动机液压管路卡箍位置的参数化与参数灵敏度分析132
3.6.4发动机液压管路卡箍位置的多目标优化设计135
参考文献138
第4章多源激励下管路流固耦合振动试验研究140
4.1布局参数对肘形管路模态特性影响的试验分析140
4.1.1不同布局参数的肘形管路模态试验140
4.1.2肘形管路的模态影响因素及其规律分析144
4.1.3不同布局参数的肘形管路模态数值仿真分析146
4.2单一机体振动激励下肘形管路振动响应规律的试验分析150
4.2.1单一机体振动激励工况及响应测试方法150
4.2.2单一机体振动激励下管路流固耦合振动响应151
4.2.3布局参数对单一机体振动激励下振动响应的影响154
4.3单一压力脉动激励下肘形管路振动响应规律的试验分析159
4.3.1单一压力脉动激励工况159
4.3.2单一压力脉动激励下管路流固耦合振动响应160
4.3.3布局参数对单一压力脉动激励下振动响应的影响164
4.4多源组合激励下肘形管路振动响应规律的试验分析166
4.4.1多源组合激励频率对加速度响应的影响166
4.4.2多源组合激励频率对动态应变响应的影响170
4.4.3多源组合激励压力脉动幅值对加速度响应的影响172
4.4.4多源组合激励压力脉动幅值对动态应变响应的影响175
4.4.5多源组合激励压力水平对加速度响应的影响176
4.4.6多源组合激励压力水平对动态应变响应的影响178
4.4.7布局参数对多源组合激励下管路流固耦合振动响应的影响180
4.4.8多源组合激励下管路结构流固耦合规律186
参考文献188
第5章管路、接头和密封件的失效分析方法189
5.1管路结构的疲劳试验和寿命分析189
5.1.1直管疲劳试验和寿命分析189
5.1.2含接头直管疲劳试验和寿命分析193
5.1.3含缺口直管疲劳试验和寿命分析196
5.1.4管路疲劳寿命分析预测模型204
5.1.5含缺陷管路的疲劳寿命分析205
5.1.6管路裂纹扩展寿命分析207
5.2金属扩口管接头接触密封失效影响因素分析211
5.2.1扩口管接头的拧紧力矩和接触应力分析211
5.2.2影响扩口管接头接触性能的因素分析218
5.2.3含扩口管接头液压管路的疲劳模拟222
5.2.4基于随机粗糙度的管接头的锥口-扩口接触磨损分析225
5.3橡胶密封件性能退化及寿命预测方法研究238
5.3.1橡胶密封件老化性能表征238
5.3.2O形密封圈的失效准则和失效判据240
5.3.3橡胶密封件老化密封寿命预测方法242
5.3.4氟橡胶热氧老化性能研究242
5.3.5氟橡胶老化机理分析251
参考文献255
第6章弱支撑卡箍-管路系统刚度分析与流固耦合仿真257
6.1航空卡箍-管路系统动力问题概述257
6.2单点P形卡箍等效刚度分析260
6.2.1卡箍等效刚度分析原理261
6.2.2卡箍-管路的刚度分析有限元建模262
6.2.3卡箍的应力状态分析264
6.2.4卡箍等效刚度随管径变化规律266
6.2.5温度对卡箍等效刚度的影响研究267
6.2.6箍带张角对卡箍等效刚度的影响270
6.3单点P形卡箍的等效刚度试验研究272
6.3.1卡箍等效刚度试验273
6.3.2管径对卡箍等效刚度影响的试验分析275
6.3.3温度对卡箍等效刚度影响的试验分析276
6.3.4试验值与仿真值的对比278
6.4单点P形卡箍的振动疲劳试验研究278
6.4.1振动疲劳试样279
6.4.2试验原理及方法279
6.4.3预试验281
6.4.4单点P形卡箍的疲劳极限283
6.5金属悬臂卡箍的等效刚度仿真分析方法284
6.5.1金属悬臂卡箍结构284
6.5.2金属悬臂卡箍的等效线刚度286
6.5.3金属悬臂卡箍的等效扭转刚度287
6.5.4金属悬臂卡箍等效刚度与预紧力之间的关系289
6.5.5卡箍安装方式对管路固有频率的影响292
6.6卡箍-管路结构流固耦合动力学分析295
6.6.1MpCCI在流固耦合分析中的应用295
6.6.2卡箍-管路的流固耦合模型296
6.6.3工作压力对卡箍-管路结构流固耦合振动的影响299
6.6.4压力脉动幅值对卡箍-管路结构流固耦合振动的影响303
6.6.5卡箍-管路结构流固耦合共振分析305
参考文献311
第7章航空液压管路系统主被动振动控制技术313
7.1黏弹性约束层阻尼管路系统的非线性有限元建模313
7.1.1黏弹性阻尼材料动态力学特性分析313
7.1.2黏弹性约束层阻尼管路变形协调关系314
7.1.3黏弹性约束层阻尼管路的形函数316
7.1.4黏弹性约束层阻尼管路的刚度和质量矩阵317
7.1.5黏弹性约束层阻尼管路的损耗因子319
7.2黏弹性约束层阻尼管路系统的振动测试及减振有效性验证320
7.2.1黏弹性约束层阻尼管路仿真模型320
7.2.2黏弹性层参数对固有频率及损耗因子的影响322
7.2.3约束层参数对固有频率及损耗因子的影响323
7.2.4压力脉动激励下黏弹性阻尼管路减振效果验证324
7.2.5基础激励下黏弹性阻尼管路减振效果验证328
7.3黏弹性阻尼卡箍-管路系统动力学特性分析331
7.3.1黏弹性阻尼卡箍的力学特性331
7.3.2黏弹性阻尼卡箍-管路系统的动态阻尼特性研究334
7.3.3不同激振幅值下黏弹性阻尼卡箍-管路系统动态特性336
7.3.4高阻尼卡箍-管路系统减振有效性对比337
7.4液压管路系统的主动约束层阻尼结构338
7.4.1几种典型主动约束层阻尼结构338
7.4.2主动约束层压电材料特性340
7.4.3主动约束层阻尼管路结构设计341
7.5基于有限元法的主动约束层阻尼管路振动控制分析342
7.5.1压电材料基本参数与坐标变换342
7.5.2主动约束层阻尼管路变形分析345
7.5.3基础激励下主动约束层阻尼管路振动控制分析349
7.5.4压力脉动激励下主动约束层阻尼管路振动控制分析352
7.6主动约束层阻尼振动控制平台搭建与试验验证354
7.6.1主动约束层阻尼管路振动控制系统工作原理354
7.6.2基于Labview的振动控制平台搭建355
7.6.3不同激励形式下主动约束层阻尼管路振动控制试验358
7.6.4结构与控制参数对振动控制效果影响分析362
参考文献367
第8章飞行器液压管路系统的动力学可靠性分析及优化设计369
8.1随机激励下液压管路系统参数的重要性分析369
8.1.1随机结构的平稳随机响应分析370
8.1.2随机结构的平稳随机响应全局灵敏度371
8.1.3动力响应全局灵敏度的求解方法372
8.1.4飞行器液压管路的随机振动响应及其参数灵敏度374
8.2飞行器液压管路系统的动力学可靠性分析方法379
8.2.1飞行器液压管路系统的有限元模型379
8.2.2飞行器液压管路系统的动强度可靠性381
8.3飞行器液压管路系统的动力学可靠性优化384
8.3.1飞行器液压管路系统的可靠性优化模型385
8.3.2设计变量的灵敏度分析386
8.3.3飞行器液压管路系统基于灵敏度信息的优化设计390
8.4飞行器液压管路系统MTBF的优化设计分析397
8.4.1飞行器液压管路系统的MTBF及其优化模型397
8.4.2支撑约束坐标的灵敏度分析398
8.4.3飞行器液压管路系统MTBF的优化设计399
8.5飞行器液压管路系统的稳健性优化设计400
8.5.1飞行器液压管路系统的稳健性优化模型400
8.5.2高维结构稳健性优化设计问题的降维预处理优化方法402
8.5.3基于重要性测度降维的飞行器液压管路稳健性优化设计404
参考文献408
第9章基于光纤光栅传感的液压管路状态检测方法与应用410
9.1光纤光栅多信息感知原理与解调方法410
9.1.1光纤光栅传感基本原理411
9.1.2光纤光栅信号滤波解调方法412
9.1.3光纤光栅信号干涉解调方法417
9.1.4面向机械装备的高速解调方法420
9.2液压管路耦合多附件的动力学方程模型建立与分析422
9.2.1多卡箍支撑管路的卡箍松动建模与分析422
9.2.2液压管路-裂纹动力学方程模型建立432
9.3基于分布式光纤光栅应变传感的液压管路状态检测方法436
9.3.1基于时频特征的液压管路损伤检测方法436
9.3.2基于多重分形的液压管路裂纹检测方法441
9.3.3基于卷积神经网络的液压管路松动检测方法448
9.3.4基于工作应变振型的液压管路松动检测方法451
9.4分布式多参数液压管路状态监测系统集成及其应用454
9.4.1面向液压管路系统的智能块状卡箍设计455
9.4.2液压管路系统检测软件系统的设计和集成456
9.4.3基于光纤光栅的液压管路智能卡箍松动检测与应用462
9.4.4基于光纤光栅的液压管路分布式多参数卡箍松动检测与应用465
9.4.5基于光纤光栅的液压管路裂纹检测与应用472
参考文献478
第10章飞行器管路系统流固耦合动力学故障分析案例480
10.1某型飞机四通管路系统故障机理分析与试验验证480
10.1.1飞行器管路系统流固耦合动力学故障溯源一般流程480
10.1.2某型飞行器液压系统四通管路裂纹故障描述483
10.1.3管路失效部位的微观形貌分析484
10.1.4故障管路的裂纹在整体装配件上所处的位置486
10.1.5四通管路系统的模态特性分析488
10.1.6四通管路系统故障机理的试验验证491
10.1.7改进建议及分析498
10.2某型飞机液压管路流固耦合动力学响应与试验验证508
10.2.1某型飞机液压管路故障概述508
10.2.2导致管路故障的可能因素分析508
10.2.3故障管路的流固耦合振动特性预测509
10.2.4故障管路的模态特性试验512
10.2.5开泵状态下管路的动应力试验515
10.2.6故障管路的流固耦合仿真527
10.2.7降低管路系统应力的措施530
10.3某型飞机液压管路卡箍断裂故障机理及改进方案分析531
10.3.1液压管路卡箍断裂故障描述531
10.3.2故障管路系统动力学建模532
10.3.3故障管路系统的模态分析533
10.3.4故障机理总结535
10.3.5改进方案校核分析537
10.3.6最终改进建议542
10.4飞行器液压管路系统动应力控制的设计方法542
10.4.1降低压力脉动幅值542
10.4.2避免流固耦合共振545
10.4.3管形和卡箍布局优化设计546
10.4.4合理应用阻尼材料547
10.4.5可靠性优化设计548
参考文献549
京公网安备 11010102004214号