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研究生:余孟駿
研究生(外文):Meng-Chun Yu
論文名稱:複材機翼結構之動態分析
論文名稱(外文):Dynamic Analysis of Composite Wing Structures
指導教授:胡潛濱
指導教授(外文):Chyanbin Hwu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:顫振氣彈動態分析機翼結構
外文關鍵詞:aeroelasticflutterwing structures
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機翼結構的空氣彈力現象(aeroelastic phenomenon)除了靜態的發散現象(divergence)外,動態的顫振(flutter)也是其中重要的課題之一。過去關於複材機翼的結構模擬大多忽略了機翼本身的翼剖面函數,直到近年來陸續有相關文獻建立了考慮翼形函數的複材夾心板理論,以求更為忠實地表現真實機翼結構模型。
本文將以前述文獻所推出之統御方程式及邊界條件,來研究機翼相關之自由振動、受力振動等動態行為,並針對相關例子輔以商用有限元素法分析軟體來加以比較、驗證。然後加以推廣成考慮含二維不可壓縮流非穩態空氣動力函數(2D incompressible unsteady aerodynamics)作用下之動態方程式,進而推導出探討顫振問題的顫振行列式。接著試著用較為常見的v-g方法、p-k方法等數值方法,來求解機翼之顫振問題,並述及所遭遇之困難。
Aeroelastic phenomenon of composite wing structure contains two principal parts: static divergence and dynamic flutter. In the past, the model of the composite wing structure often neglects the geometric shape of airfoil. It is recently that a composite sandwich wing model taking the airfoil function into account to describe the wing has been established.
This article will use the governing equations and boundary conditions deduced in the composite sandwich wing model to investigate the dynamic behavior such as free vibration and forced vibration, which will then be verified by the commercial finite element software. Moreover, the dynamic equations with subsonic 2D incompressible unsteady aerodynamic loading in the associated flutter problems will be discussed. Several numerical method such as v-g method & p-k method will be used to solve the flutter speed. Some difficulties I met will be discussed, too.
致謝
摘要
英文摘要
目錄...............................................................i
表目錄...........................................................iii
圖目錄............................................................iv
符號說明..........................................................vi
第一章 緒論....................................................1
1.1前言.......................................................1
1.2文獻回顧...................................................2
第二章 複材機翼結構與空氣動力之理論模式........................4
2.1複材機翼結構模擬...........................................4
2.1.1基本假設與結構模擬....................................4
2.1.2運動方程式與邊界條件..................................9
2.1.3忽略翼展方向作用力的簡化模型.........................11
2.2空氣動力函數模擬..........................................12
2.2.1 Strip Theory........................................12
2.2.2氣動力函數的介紹.....................................13

第三章機翼結構之動態分析.....................................16
3.1自由振動..................................................16
3.2受力振動..................................................19
3.3空氣動力作用下之振動......................................21
3.4顫振的處理................................................22
3.4.1顫振現象.............................................22
3.4.2解決顫振問題之數值方法...............................23

第四章 結果與討論.............................................29
4.1自然頻率與模態之驗證與計算振動............................29
4.2受力振動之計算............................................30
4.3顫振問題的處理............................................32

第五章 結論與建議.............................................35
5.1結論......................................................35
5.2未來建議..................................................35
參考文獻..........................................................37
附表..............................................................39
附圖..............................................................42
自述
著作權聲明

表 目 錄
表4.1等向性金屬機翼結構的材料性質.............................39
表4.2複材機翼結構的材料性質...................................40
表4.3等向性金屬材料機翼模型之自然頻率(Hz).....................41
表4.4複材機翼模型之自然頻率(Hz)...............................41
圖 目 錄
圖2.1機翼結構模擬複材夾心樑...................................42
圖2.2機翼座標及平面示意圖.....................................43
圖3.1V-g方法之流程圖..........................................44
圖3.2p-k方法之流程圖..........................................45
圖3.3仿模態分析方法之流程圖...................................46
圖4.1等向性金屬材料機翼第一模態圖.............................47
圖4.2等向性金屬材料機翼第二模態圖.............................47
圖4.3等向性金屬材料機翼第三模態圖.............................48
圖4.4等向性金屬材料機翼第四模態圖.............................48
圖4.5等向性金屬材料機翼第五模態圖.............................49
圖4.6複材機翼模型.............................................50
圖4.7複材機翼第一模態圖.......................................51
圖4.8複材機翼第二模態圖.......................................51
圖4.9複材機翼第三模態圖.......................................52
圖4.10複材機翼第四模態圖.......................................52
圖4.11複材機翼第五模態圖.......................................53
圖4.12金屬機翼翼尖受鉛直力(定力)各模態及位移響應圖...........54
圖4.13金屬機翼翼尖受鉛直力(斜坡力)各模態及位移響應圖.........55
圖4.14金屬機翼翼尖受鉛直力(簡諧力)各模態及位移響應圖.........56
圖4.15金屬機翼翼尖受純扭力(定力)各模態及位移響應圖...........57
圖4.16金屬機翼翼尖受純扭力(斜坡力)各模態及位移響應圖.........58
圖4.17金屬機翼翼尖受純扭力(簡諧力)各模態及位移響應圖.........59
圖4.18金屬機翼翼尖受鉛直力(第一模態共振)各模態及位移響應.....60
圖4.19金屬機翼翼尖受純扭力(第一模態共振)各模態及位移響應.....61
圖4.20複材機翼翼尖受鉛直力(定力)各模態及位移響應圖...........62
圖4.21複材機翼翼尖受鉛直力(斜坡力)各模態及位移響應圖.........63
圖4.22複材機翼翼尖受鉛直力(簡諧力)各模態及位移響應圖.........64
圖4.23複材機翼翼尖受純扭力(定力)各模態及位移響應圖...........65
圖4.24複材機翼翼尖受純扭力(斜坡力)各模態及位移響應圖.........66
圖4.25複材機翼翼尖受純扭力(簡諧力)各模態及位移響應圖.........67
圖4.26複材機翼翼尖受鉛直力(第一模態共振)各模態及位移響應.....69
圖4.28複材機翼翼尖受鉛直力(定力)各模態及位移響應圖...........70
圖4.29複材機翼翼尖受鉛直力(斜坡力)各模態及位移響應圖.........70
圖4.30複材機翼翼尖受鉛直力(簡諧力)各模態及位移響應圖.........71
圖4.31複材機翼翼尖受鉛直力(第一模態共振)各模態及位移響應.....71
圖4.32a顫振分析圖(第一模態)...................................72
圖4.32b顫振分析圖(第二模態)...................................72
圖4.32c顫振分析圖(第三模態)...................................73
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16.蓋欣聖,“複材機翼結構之振動分析及控制”, 碩士論文,成功大學航空太空工程研究所,2002。
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