飞机管道系统动强度可靠性分析与优化设计

前言

第1章 输流管道动力学的假定和模型1

1.1 几个假定1

1.1.1 理想流体力学基础1

1.1.2 Euler梁?Timoshenko梁模型2

1.2 管道动力学模型3

1.2.1 基于Euler梁的动力学模型3

1.2.2 基于Timoshenko梁的动力学模型4

1.2.3 基于Euler梁的非均匀流管道的动力学模型6

参考文献8

第2章 输流管道动力学分析方法9

2.1 传递矩阵法9

2.1.1 传递矩阵的推导9

2.1.2 输流管道动力分析的有限元描述10

2.1.3 算例分析12

2.2 消元-伽辽金法13

2.2.1 振动方程的伽辽金形式13

2.2.2 输流管道的固有频率16

2.2.3 输流管道固有频率简化及应用19

2.3 伽辽金-模态法23

2.3.1 伽辽金-模态法理论及过程23

2.3.2 临界流速?临界压强和临界简支长度25

2.3.3 两端简支管道的固有频率影响因素分析26

2.3.4 悬臂管道?两端固支管道的固有频率29

2.4 波动法31

2.4.1 流固耦合振动的波传播模型推导31

2.4.2 波沿管道的传播以及在边界处的反射32

2.4.3 悬臂管道固有频率计算的波动方法34

2.4.4 算例35

2.5 动刚度法39

2.5.1 参数谱形式39

2.5.2 动刚度矩阵42

2.5.3 算例43

2.5.4 瞬态响应分析48

参考文献55

第3章 多支承激励下输流管道动态特性分析56

3.1 支承激励下输流管道的频率分析56

3.1.1 支承简谐激励下输流管道的自由振动方程56

3.1.2 频率方程和临界参数的图形法57

3.2 支承刚度和接头对输流管道振动特性的影响61

3.2.1 支承刚度对管道系统的振动特性分析61

3.2.2 带接头管道的动态特性分析66

3.3 双跨输流管道的振动特性71

3.3.1 双跨简支梁的模态振型71

3.3.2 两跨管道系统振动方程及其求解72

3.3.3 支承特性对双跨管道固有频率的影响75

3.4 多跨输流管道振动特性77

3.4.1 波在中间支撑处的反射和透射77

3.4.2 多跨管道振动的波动模型78

3.4.3 两端简支管道的临界流速80

3.4.4 多跨管道的固有频率81

参考文献82

第4章 输流曲管振动的波动方法研究84

4.1 管内流体加速度的推导84

4.2 轴线不可伸输液曲管动力方程86

4.2.1 管道微元受力86

4.2.2 流体微元受力87

4.2.3 曲管振动方程88

4.3 轴线不可伸曲管固有频率分析89

4.3.1 轴线不可伸曲管固有频率计算89

4.3.2 轴线不可伸曲管固有频率算例91

4.4 轴线可伸曲管动力方程93

4.5 轴线可伸曲管固有频率分析94

4.5.1 轴线可伸曲管固有频率计算94

4.5.2 轴线可伸曲管固有频率算例97

参考文献98

第5章 飞机液压源管道系统的压力脉动可靠性99

5.1 飞机液压源管道系统99

5.2 单管道的传输方程101

5.2.1 流体载体四端口模型101

5.2.2 直管传输动力学方程102

5.3 复合管道元件的传递函数104

5.3.1 传递函数分析法104

5.3.2 油泵105

5.3.3 溢流阀106

5.3.4 蓄压器106

5.4 典型液压源系统的压力脉动特性108

5.4.1 典型液压源系统组成108

5.4.2 终端脉动幅值特征108

5.5 压力脉动可靠性分析的拟静力法112

5.5.1 静态模拟113

5.5.2 动态模型113

5.5.3 动力可靠性的拟静方法114

5.5.4 压力脉动可靠性117

5.6 压力脉动可靠性的动态评估方法118

5.6.1 首超破坏机制119

5.6.2 疲劳累积破坏机制120

参考文献122

第6章 飞机管道系统的参数灵敏度与共振可靠性124

6.1 固有频率的随机特性分析124

6.1.1 随机摄动法的应用124

6.1.2 充液管道的固有频率随机性125

6.2 共振可靠度128

6.2.1 正态分布形式128

6.2.2 一般分布形式128

6.2.3 四阶矩法129

6.2.4 算例131

6.3 共振可靠性灵敏度133

6.3.1 随机摄动法133

6.3.2 伽辽金法134

6.3.3 蒙特卡罗法135

6.3.4 飞机管道结构模态灵敏度分析135

6.4 复杂管道系统的灵敏度及共振可靠性137

6.4.1 复杂管道系统的建模方法137

6.4.2 液压管道系统的模态特性141

6.4.3 飞机液压管道固有频率的随机性分析143

6.4.4 液压管道系统频率灵敏度结果144

参考文献145

第7章 基于首超机制的管道动强度可靠性分析147

7.1 飞机结构的动强度失效147

7.2 支承激励下结构的振动响应148

7.2.1 动力学方程148

7.2.2 频率响应函数149

7.3 飞机管道系统的随机动响应150

7.3.1 机体振动载荷的随机性150

7.3.2 平稳随机振动响应的统计特征量151

7.3.3 基础随机激励的处理152

7.3.4 管道单元的应力输出153

7.3.5 管道系统随机振动响应结果153

7.4 结构的动力可靠性159

7.4.1 动强度破坏模式160

7.4.2 平稳随机过程160

7.5 基于首次超越破坏机制的动强度可靠性161

7.5.1 安全界限162

7.5.2 交差分析163

7.5.3 泊松过程假设下的可靠度165

7.5.4 液压管道系统的动强度可靠性分析166

参考文献170

第8章 基于疲劳破坏累积机制的管道动强度可靠性分析171

8.1 概述171

8.2 随机振动疲劳问题的处理方法172

8.2.1 静态方法处理随机振动疲劳172

8.2.2 动态疲劳问题的处理方法173

8.2.3 三区间法173

8.3 基于疲劳累积破坏机制的动力可靠性174

8.4 管道的疲劳累积可靠性分析177

参考文献179

第9章 飞机压力管道系统的动强度可靠性优化设计180

9.1 结构优化理论181

9.1.1 结构优化问题的数学描述181

9.1.2 动强度可靠性约束182

9.1.3 动强度可靠性优化流程182

9.2 基于首超可靠度的管道优化设计183

9.2.1 模型183

9.2.2 优化变量184

9.2.3 结果与讨论185

9.3 基于疲劳可靠度的管道优化设计191

9.3.1 改进粒子群算法191

9.3.2 优化模型193

9.3.3 结果与讨论194

9.4 管道系统卡箍位置动力灵敏度与优化设计195

9.4.1 卡箍位置的动力灵敏度196

9.4.2 卡箍位置的动力学优化设计197

9.4.3 算例198

参考文献205

第10章 飞机管道系统的动强度可靠性分析及优化软件207

10.1 软件的基本介绍207

10.1.1 软件描述207

10.1.2 软件的功能需求分析207

10.2 DSRAP软件结构框架设计209

10.2.1 数据传输框架209

10.2.2 整体模块结构设计209

10.2.3 前处理模块211

10.2.4 分析模块212

10.2.5 优化设计模块214

10.2.6 后处理模块215

10.3 DSRAP的使用简介215

10.3.1 软件界面215

10.3.2 管道系统建模220

10.3.3 分析226

10.3.4 优化设计232

10.3.5 后处理232

《飞机管道系统动强度可靠性分析与优化设计》是针对飞机管道系统动强度分析、可靠性评估及优化设计研究方面的一《飞机管道系统动强度可靠性分析与优化设计》，它是科技部863计划项目航空发动机燃油／液压管道系通可靠性评估与设计技术、国防技术基础项目、国防基础研究项目等研究成果的整理和汇编，是动强度分析、可靠性分析与优化设计理论和飞机管道结构相结合的成果。内容涵盖了飞机管道系统在动力学设计、分析、评估和改进等一系列工程实践工作中的各个方面。

《飞机管道系统动强度可靠性分析与优化设计》可供高等院校飞机液压／燃油系统设计、管道结构优化设计、动力学可靠性分析等专业的高年级本科生、研究生和教师使用，也可供相关专业的研究人员和工程技术人员参考。