[发明专利]基于超高速下飞行器的梁结构提高气动弹性稳定性设计方法

权利要求书

1.基于超高速下飞行器的梁结构提高气动弹性稳定性设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据梁结构在超高速飞行中的实际使用需求，设计梁结构基本尺寸；基本尺寸包括梁结构的长度L、宽度b、厚度h，同时确定材料属性和材料参数，材料属性为钢，材料参数包括弹性模量E₀和密度ρ₀；

步骤二、确定梁结构参数及材料参数后，在确定的气动力作用下，利用MATLAB仿真软件编程仿真，得到均匀梁的发生颤振阶数及颤振边界；

步骤三、基于均匀梁的发生颤振阶数和颤振边界，通过附加集中质量法、弹簧约束法或轴向功能梯度材料设计法来提高梁结构的气动弹性稳定性；

所述步骤三中通过附加集中质量法提高梁结构气动弹性稳定性具体过程为：

在梁上附加集中质量，通过改变集中质量块的质量m_c和位于梁上的位置x_m的值来观察其振动边界的变化，得到集中质量对结构颤振行为的影响规律并确定最优的m_c和x_m；利用附加集中质量进行设计：

在MATLAB程序中通过不断改变集中质量块的质量m_c和集中质量块位于梁上的位置x_m的取值，从仿真结果中观察其颤振阶数及颤振边界的变化，找到使梁结构颤振边界最大的m_c和x_m组合；

所述步骤三中通过弹簧约束法提高梁结构气动弹性稳定性具体过程为：

分别通过改变弹簧弹性系数k_c和弹簧约束位置x_s的值，观察其颤振边界的变化，并确定最优的弹性系数k_c和弹簧约束位置x_s；利用弹簧约束使整个梁分成两个自跨进行设计：

在MATLAB程序中通过不断改变弹性系数k_c和弹簧约束位置x_s的取值，从仿真结果中观察其颤振阶数及颤振边界的变化，找到使梁结构颤振边界最大的k_c和x_s组合；

所述步骤三中通过轴向功能梯度材料设计法提高梁结构气动弹性稳定性具体过程为：

在原有的第一种设计材料的基础上，加入第二种不同弹性模量和密度的材料，两种材料的体积分数沿轴向变化，具体表现为；设计模量轴向功能梯度模型，以函数形式表现为：

其中，p_x为常数，V(x)表示第一种材料在梁位置x所占的体积分数，V₁表示第一种材料在x＝0的体积分数，V₂表示第一种材料在x＝x_m时的体积分数。