传统的力学结构计算（精选4篇）
传统的力学结构计算 篇1
1.引言
计算机结构力学应用在桥梁结构的施工设计与控制中具有重要的作用, 在桥梁结构施工后会有一个静态的受力情况, 很多的桥梁工程大多都是大跨度的结构, 在进行施工的过程中要分段的施工, 确定好桥梁结构的某部分荷载, 以及整体的应压力需求, 这样在桥梁施工时就可以对每一个施工的过程中进行压力的改变。在进行桥梁结构施工的时候, 前期的结构施工会极大的影响到后期的结构施工, 若是对桥梁结构施工的设计存在差错就会导致整体桥梁结构的受力改变, 所以在进行桥梁结构施工设计时一定要对桥梁结构的力学进行计算, 在设计桥梁结构时, 要根据实际的桥梁工程来确定, 要事先进行理想的桥梁结构施工状态, 然后再根据设计的目标要求对每个桥梁结构施工阶段的受力情况进行计算, 确定桥梁结构符合结构力学的要求。我们首先确定好桥梁结构施工每个阶段的理想状态, 就可以结合结构力学的计算进行桥梁结构施工的设计。
在进行桥梁结构施工时, 容易发生很多细节上的失误, 桥梁施工材料以及施工过程中的误差等会导致桥梁结构施工条件的复杂, 这导致在桥梁结构施工的时候会使得每一阶段的结构施工都很难达到具体的设计要求, 所以在施工时我们要及时的根据实际的桥梁结构施工进行桥梁结构的施工控制。本文就对计算结构力学在桥梁结构施工设计及控制的应用进行分析。
2.计算结构力学在桥梁结构施工设计中的应用
计算结构力学在桥梁结构施工设计中的应用具有重要的作用, 现今桥梁大多为比较大跨度的直径结构, 这就加深了桥梁结构施工的困难, 以下就对计算结构力学在桥梁结构施工设计中的应用进行具体的分析。
2.1 通过计算结构力学确定桥梁结构的受力情况分析
在进行桥梁结构使用施工设计时要计算桥梁的结构受力, 在设计时计算好桥梁结构受力数值, 然后再根据桥梁结构施工的钢筋搭配情况, 从而形成桥梁结构的完整受力情况。计算结构力学在桥梁施工阶段的分步受力分析具有较为鲜明的特点, 在桥梁结构前期的施工过程中, 基本的结构形式以及桥梁边界的荷载约束情况等, 都会导致桥梁结构施工的整体位置以及形状的改变, 所以在桥梁结构施工设计时引入计算结构力学具有重要的作用。
在进行桥梁结构施工设计阶段时, 我们要引入计算结构力学, 然后对整个桥梁结构的受力进行分析, 在设计时要注意几点内容, 分别为:第一, 在进行桥梁结构设计时, 首先要将整体施工划分为几个阶段分别进行, 我们在进行计算结构力学的计算时往往都是对桥梁结构施工的各个部分进行力学结构的计算, 把每一个施工阶段需要分析的受力内容进行编辑, 从而循环分析桥梁结构施工的整体受力状况, 甚至可以计算成品后的桥梁工程的使用后情况, 根据力学分析计算可以进行桥梁的结构设计;第二, 在进行桥梁结构的每一个阶段过程中, 都要进行两者之间的受力模拟分析, 这样可以确定桥梁结构的应压力以及支架等设备的使用情况, 便于整体桥梁结构施工方案的确定;第三, 按照结构力学的理论进行桥梁几何垂直效应上的模拟计算, 按照具体的函数进行桥梁结构的各方面误差修改与设计;第四, 在桥梁结构各个施工阶段的设计过程中, 采用的结构力学主要是根据结构之间的非线性和时差进行计算, 桥梁施工要根据上一阶段的结构基础进行, 查看是否预应力以及荷载出现误差与改变;第五, 每一个桥梁结构的受力情况都是前面所有施工阶段的受力总和, 这样一层一层的计算可以最终确定桥梁结构施工成型后的受力状态, 便于方案的设计与修改。计算结构力学确定桥梁结构的受力情况, 从而进行桥梁结构施工设计的编制。
2.2 通过计算结构力学确定施工后的受力情况分析
在桥梁结构施工的过程, 要注意好整体桥梁的结构强度以及稳定性, 此外还要控制好桥梁的线形结构, 在施工时会出现线形的设计与施工误差, 如果控制不好将会直接影响到桥梁结构的稳定性, 还会导致整体的桥梁外形不够美观, 给来往的车辆行驶带来阻碍。我们通过对桥梁结构施工后的结构力学计算可以确定施工受力的稳定状态。
计算结构力学确定施工后的受力情况分析实际上是一种逆向的设计方法, 先确定整体桥梁结构施工的稳定状态, 然后逆向的进行结构力学的计算, 分步倒退进行, 每计算完一个施工阶段就计算余下桥梁结构的受力影响, 找到在施工中存在的桥梁结构的位置移动范围, 从而确定整体桥梁结构的施工设计。在力学设计分析时要注意一下几点内容:第一, 要对逆向的桥梁结构施工受力进行程序的设计, 实际是要确定好相应的数据信息的提供, 从而进行施工力学的设计;第二, 要计算好桥梁结构的节点内力作用, 从而模拟桥梁主体结构的受力状况;第三, 计算好桥梁结构施工在不同阶段的受力状况, 从而逆向的预计初始的拉力, 分析桥梁结构的预压力。
3.计算结构力学在桥梁结构施工控制中的应用
计算结构力学在桥梁施工控制中的应用可以有效的保证桥梁施工的质量, 在进行逆向的桥梁结构受力分析时, 所设计的桥梁结构目标状态就是我们在进行桥梁结构施工时的控制要点。由于桥梁结构施工的条件比较复杂, 在实际的桥梁结构施工中, 会存在较多的桥梁主体结构受力状况不符合设计的规范目标, 极大的影响到了桥梁结构施工的质量。在桥梁结构施工的过程中会出现较多的误差:最初的结构施工设计的参数, 例如一些施工材料的性质误差、桥梁截面线性的误差、桥梁结构的自重等;在桥梁结构施工时也会存在误差, 例如施工操作的失误、桥梁结构架设的失误以及桥梁结构拉张力的失误等;在进行桥梁结构施工时还会出现测量的失误以及进行结构力学计算的误差等, 这些各种因素的干扰就导致桥梁施工存在着较多的质量控制要点。
将计算结构力学应用在桥梁结构施工控制过程中时, 要结合施工的反馈信息对桥梁结构施工进行实时的力学分析, 本身桥梁结构施工就是一个比较复杂的动态工程, 想要控制好桥梁结构施工的过程, 就要结合结果的反馈进行实时的监控与调整, 在实际的桥梁结构施工控制中对各种容易出现的误差进行综合分析控制, 实时跟进桥梁结构施工, 从而编制出一个可供误差调节的施工设计方案, 这样可以现场的指导控制施工作业的进行, 将计算结构力学的分析理论应用在桥梁结构施工控制中, 可以使整体的桥梁结构施工情况符合最初方案设计的理想目标, 保证桥梁结构工程的质量。
4.结束语
总之, 计算结构力学的分析会影响到整体桥梁结构施工设计与控制, 我们要将计算结构力学合理的应用在桥梁结构施工设计与施工控制中, 从而提高桥梁工程施工的安全性, 保证桥梁结构工程的质量。
参考文献
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传统的力学结构计算 篇2
如何在缩减了的课堂教学时间内, 既要完成规定的教学内容, 更要向学生传授更多更新的知识和信息, 以提高教学质量和效率;如何改善枯燥的传统教学模式, 调动学生学习的灵活性、主动性和积极性, 提高教学质量是教育工作者亟待解决的课题。
1 结构力学教学现状和传统教学方式的特点
1.1 结构力学教学现状
(1) 学生难学。该课程比较单调和枯燥、原理抽象, 学生普遍感到《结构力学》学起来较难, 提不起学习兴趣。
(2) 老师难教, 学习内容多而时间短。教学大纲对本科一般规定的学时是100~120学时, 但学校安排的实际授课时数一般只有70~80学时。此外, 教师在授课过程中需要板书的图、定理和公式多, 需要讲解的例题多, 所以占去很多课堂时间。
(3) 教学内容与实际脱节。教材内容都是已经抽象化后的力学模型, 实际专业中的哪些部分可以抽象化为这样的模型, 学生往往无法联想。
1.2 传统教学方式存在的问题及可取之处
传统的结构力学教学方法主要是通过黑板、教科书等媒体进行教学, 这些媒体在承载信息的种类和能力, 使用的方便程度上都有较大的局限性。
传统教学的局限还来自教师——课本传递结构的限制。譬如, 传统教学对图像的处理功能相对较弱, 由于图像的信息量很大, 教师仅仅通过口述和板书难以充分表达。
此外, 传统教学模式单调陈旧, 课堂上学生是机械的、被动的学习, 课后的复习、练习和巩固也只能通过书面作业的形式反馈给教师。这种教学手段形式呆板、僵化, 内容抽象、枯燥, 学生在学习时往往提不起兴趣。
但是, 传统教学也具有现代化教学无可比拟的优势:一个突出的优点就是注重师生间的情感交流, 教师的一个手势, 一个微笑, 一个精心的提问, 一段师生间的讨论, 往往对提高教学效果都起着重要的作用, 学生能做到与教师同步思维, 易于知识的消化、吸收。在教与学的交流过程中容易引起学生对不同意见的讨论甚至争辩, 教师可以利用这个机会进行启发诱导。同时, 教师对某一问题的深刻阐述, 对解题的机智策略, 对学生中带有普遍性错误进行的分析, 对概念及原理的诠释都是十分宝贵的。这些过程并没有也不会被多媒体所取代。
2 现代化教学方法在结构力学课程中的应用
采用现代化教学手段 (利用计算机技术、网络技术、信息技术和多媒体技术教学的方式) 可以扩大课堂授课信息量, 使教学内容形象逼真, 有利于学生接受结构力学中的概念, 理解规律;有利于激发学生的兴趣, 提供轻松愉快的学习氛围。它是解决教学内容多、教学课时少这一矛盾的有效途径, 也是提高教学质量和效率的有效措施。经过教学尝试, 教学实践, 多媒体教学具有以下优点。
(1) 形象生动。多媒体教学集文字、图形、声音、图片、图像、影像等于一体, 通过多种感觉媒体刺激学生的感觉器官, 能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的结构力学教学环境, 营造活泼的课堂教学氛围, 更好地激发学生的学习兴趣, 发挥学生的想象力和创造力。
(2) 信息量大。采用多媒体授课, 课堂传授的信息量大了, 既压缩了课堂教学时数, 又增加了一些新的教学内容。比如:我们在讲授矩阵位移法时, 采用多媒体教学, 将复杂繁琐的矩阵书写换成屏幕上的动态显示, 既节省书写时间, 又能让学生更好的掌握。这种做法也深得学生的好评。
(3) 准确性高。近几年由于扩招, 教学资源紧张, 往往都是大班上课, 多媒体课件的文字、图形大, 并且工整规范, 示意清楚, 有利于大班上课。
(4) 互动性强。传统教学一般以单向的教学为主, 学生通常是被动接受, 不易发挥主观能动性。而多媒体教学恰好弥补了这一不足。多媒体教学还将传授知识、培养能力、提高素质融为一体, 也将科学、艺术、美学融为一体, 丰富学生的想象力, 促进学生的创新思维, 有利于全面素质教育的贯彻实施。
但是, 在教学中若使用多媒体不恰当, 也会出现以下的一些问题。
(1) 使教学过程简单化。有些多媒体课件过于简单, 在教学中整板显示, 学生感到枯燥乏味;有些教师采取“教师看小屏幕, 学生看大屏幕”的简单作法, 这都不利于提高教学质量。
(2) 学生上课跟不上。多媒体课件播放速度过快, 与学生的思路有时间差, 导致学生在一两堂课跟不上的情况下, 失去了信心, 因听不懂而自己放弃。
(3) 计算机的特点是能够使静态变为动态, 抽象变为形象, 但是过分依赖多媒体, 易使学生忽视理解与思考的过程, 反而不利于学生抽象思维和概括能力的培养。
(4) 无论多媒体的界面如何友好, 计算机总是死的, 是没有生命的, 怎么都比不上教师与学生之间的情感交流。
3 积极探索现代化教学与传统教学在结构力学中的协调统一
3.1 精心备课
采用多媒体授课, 课堂传授的信息量大了, 备课时更要注意突出重点, 分清主次, 精心选材, 合理编排, 对不同的内容设计出不同的表现形式, 利用文字、线条、背景、动画等丰富多变的形式设计多媒体课件。而对于逻辑性较强, 学生不易掌握的内容, 如有些公式的推导和基本原理的阐述等适于用板书, 可充分发挥传统教学的优势, 设计相应的板书教案。
例如:“平面体系的几何组成分析”这一章, 特别适合于用多媒体来表现。在课件中, 我们不仅制作了精美的图片, 而且还制作了大量的flash动画通过超链接的方式与课件相连。通过这些动画可以形象地演示自由度与约束、几何可变体系与几何不变体系、实铰与虚铰等概念。三个组成规则也通过图形与动画相结合来讲解, 并突出它们源于同一个基本的三角形规则。该章的难点在于规则的运用, 为此我们在课件中制作了大量的例题, 并通过flash动画来演示它们是如何由三个组成规则一步一步连接起来的。
再比如:讲拱的内力计算时, 由于计算繁琐, 学生不易掌握, 可以以图片的形式从现存最古老的石拱桥——赵州桥、最古老的铸铁拱桥——英国科尔布鲁克代尔桥讲起, 简单地介绍我国及世界桥梁发展过程中各种桥梁的形式和发展简史, 化抽象为形象, 提起学生的兴趣, 从而巧妙地消除学生的抵触心理, 提高其学习热情。
3.2 课堂教学的实施
在多媒体引入课堂教学后, 使多媒体教学与传统教学协调统一就显得十分重要。不并是多媒体用得越多越好, 多媒体作为有效的辅助教学工具是为教学服务的, 要把它用得恰到好处。不论课件制作得多么完备, 都不可能完全满足所有的教学对象和教师特有的教学个性的需求。传统教学的优势应当保留, 如教师的示范作用、教师与学生之间富有人情味的交流、教师组织起来的探讨问题的活跃氛围等等。理想的教学应该把教师与多媒体的优势同时充分发挥出来, 把多媒体辅助教学与传统教学完美地结合在一起。
至于如何使多媒体教学与传统教学有机结合, 我们认为应该坚持“优势互补”的原则, 既发挥多媒体教学的优势, 更要发挥教师的主导作用。有些教学内容并不适合用多媒体来表现, 而传统的教学方法却自有其优势。例如有些公式的推导和基本原理的阐述等。
对一些重点、难点和典型例题, 多媒体教学与黑板板书相结合, 教学效果更佳, 也改善了学生长时间盯着大屏幕给眼睛带来的不适。对一些拓宽内容, 有待进一步研究的问题, 新的发展动态等, 可以让学生利用多媒体快速浏览一遍, 激发学生的兴趣, 开展进一步的探讨。
4 结语
多媒体只是一种现代的教学工具, 和粉笔黑板一样, 关键在于教师如何使用。所以, 在上课时不能完全依赖多媒体技术, 不能把课堂当作是课件展示的场所。在应用多媒体进行辅助教学时, 除了在课件上下功夫外, 还应在教学基本功上多钻研, 使其教学水平上一个新台阶, 而让多媒体技术起到锦上添花的作用。课堂教学要从教学需要出发, 努力提高教学质量和效率, 只有将丰富的教学内容、恰当的教学方法合理地组织起来, 才能获得良好的教学效果和较高的教学效率。在传统的教学模式的基础上合理引进现代化的多媒体教学手段, 经过很多人的努力, 已经取得了丰硕的成果, 但将两者有机结合起来应用于结构力学的教学仍是一个需要不断探索的过程。
摘要：文章根据笔者的教学经验和体会, 分析传统教学在结构力学教学过程中的优缺点, 并通过多媒体技术在结构力学教学中的实践, 对如何将多媒体教学与传统教学方式协调统一进行了探讨, 为进一步提高结构力学教学的质量打下坚实基础。
关键词：结构力学,多传统教学,多媒体教学,协调统一
参考文献
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传统的力学结构计算 篇3
关键词：结构力学,船舶数值,分析方法,计算
一、引言
最近几年来计算机信息技术的发展不断对各种理论产生冲击, 并且带来了深远的影响。很多的公式和积分方程法等数值方面的内容都被运用在结构力学的进步上面, 特别是有限单元法。这能够给结构力学带来深远的意义, 数学的基础是来自于很多的原理 (最小余能原理、最小位能原理、广义变分原理和它的特殊形式海林格尔一赖斯纳Hellinger一Reissner变分原理等) 和构造分片插值函数 (拉格朗日插值, 埃米特Hermit插位、Spline插值等的巧妙结合。但是最重要的还是有限单元法的运用, 能够具有代表性, 有物理意义, 能够通过构建的方式将复杂的问题变得简单。也就是说有限单元法的合理性和间接性能够得到直观的体现, 所以, 电子计算机的发展能够让有限单元切实执行, 这样就能够应用方便。
二、计算结构力学在船舶结构分析中的应用 (1) 纵总强度
有了这些能够给大型结构提出的分析, 相关的研究针对系统来说就不会那么复杂, 因此船舶设计的分析问题需要进一步提升化难为简的技巧, 结合实际的船体结构进行分析, 幽冥的是美国的DAISY;日本海事协会的PASSAGE;美国麻省理工学院的STRUDL程序系统;娜威船级社的SEASAM一69系统等。
(2) 横强度
构造的原则在不断的变化中进一步取得了价值意义, 因此分析是有可能的, 因而对大多数船型来说, 对横报告讨论明显变少了, 三是结构的内容却相对来说增加了更多, 对于其中的有关横向构件的屈曲研究进一步增多。但针对大船舶, 由于吃水程度的增加, 船底的横构件受到了很大压力, 其厚度相对来说比较薄, 所以需要精确掌握相关的构件屈曲特性。山本等对70, 000吨的大型油船进行了相关的模拟计算和屈曲计算。还进行了相关的针对大型矿石的强肋框圆弧部进行的屈曲破坏研究等。
(3) 局部强度
近年来对结构作直接的计算设计, 然后以疲劳、屈曲、脆性破坏等多种破坏形式给予可靠性已经能够实现了评定。但很多的单元法能够进一步结合外力就可以实现相关的发展, 对于局部来说, 要适应现代的强度要求和核心的指标加以发展。这样能够进一步将材料的极限加以完善, 实现构造中对于塑料破坏和变形问题的追加讨论, 完善安全系数的提升, 使得屈曲和疲劳问题能够成重点, 并且需要采取进一步解决的模式。
(4) 动力响应及其他
需要进一步加强动力响应的力度, 实现进展, 主要的缘由就是单元法这一类的方法能够实现在实践上的直接性应用和扩展, 体要研究相关的共性, 实现对结构和范围的力度整合, 进一步扩展。
集装箱穿有着一定的震动型, 也就是采用了数据模型的形式进行了实验, 进一步完善了相关的单元法利用概念, 越智用NASTRAN程序对升沉合成振动和单轴的集装箱船推进器轴系作了一定的固有解析, 所以进一步能够实现推导出简易的解析式。除此之外, 前后震动能够改变上层的震动, 进一步激起主机力量, 对于波及震动, 大型船舶应力及非梁振动等都有了理论和实脸研究。
三、在船舶结构分析中数值方法的出现
现在对于结构上的分析来说, 要进一步将设计的理念提出, 此方法是以直接法和半直接法取代习用的方法来作可靠性分析的。以大型游船的横将强度问题实现确定的指数, 一般能根据材料整体的屈曲和受疲劳的程度来改变相关的数据概念, 进一步适应有限单元法total一System求出破坏发生的概率。之后就能够用直接或半直接的方法实现对一定标准的测试, 加强应力的范围适应, 计算结果显示:对弧肋框和纵强度构件的面板弯曲部分焊缝处产生疲劳裂缝的机率非常之高, 因而该处的疲劳强度极为重要。
四、总结
结构力学的应用被广泛使用在船舶设计之中, 进一步渗透到了实际操作, 也就能够在船舶制造中产生一定的指导意义, 实现理论和实践相结合的基础, 对设计者来说这永远都是有用的。此外还需要注意, 很多的实验结构对于大型船舶来说, 鉴定和计算能够决定船舶稳定, 依然是十分必要的。
参考文献
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[3]沈超;正源;刘俊先;;3236树脂及其复合材料[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年[3]沈超;正源;刘俊先;;3236树脂及其复合材料[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
传统的力学结构计算 篇4
随着航空航天技术、电子技术、智能控制等技术的飞速发展, 许多国家都对无人机的研究投入了大量人力、物力[1], 并取得了骄人的成绩。美国的“全球鹰”、法国的“神经元”、英国的“雷电之神”[1]等都是其中的佼佼者。
本文的研究对象是一种折叠翼无人飞行器 (Deformable-Unmanned Aerial Vehicle) , 该飞行器既有类似于直升机的旋翼, 又有火箭发动机, 其在非战备状态时, 可在空中悬停———战备巡逻, 一旦接到攻击信号则收起旋翼以实现快速打击。本文的主要内容是建立旋翼升力与旋翼直径、桨叶角以及主轴转速之间的关系, 为后续的结构设计提供依据。
1 研究对象模型
图1所示便是本课题提出的D-UAV的样机, 主要包括整流罩、旋翼系统、内部安装平台、尾翼系统等结构。本文采用Fluent软件分析旋翼升力与旋翼直径、桨叶角以及主轴转速之间关系[3], 为后续的元器件选型以及尾翼系统的设计提供依据。
2 正交试验设计
为了合理安排试验过程, 减少不必要的试验次数, 本文采用正交试验方法[4]进行试验方案的设计, 其模型如图2所示。
该模型由4片桨叶构成, 在进行仿真试验的时候, 可以调整桨叶的长度、宽度以及桨叶角, 以达到不同的试验效果。
本文采用Fluent数值计算软件, 通过动网格技术[5], 得到本文的试验结果。
根据桨叶角、主轴转速以及旋翼直径与升力之间的关系, 以旋翼升力为观测指标, 选取三因素五水平[6]的正交试验表, 各因素的不同水平取值如表1所示。
各因素的极差等于该因素的最大试验值减去最小试验值, 极差的大小可以看出该因素对试验结果的影响程度。根据极差大小即可确定旋翼直径和主轴转速为影响试验结果的主要因素, 而桨叶角对观测指标的影响相对较小。
3 多元线性拟合及误差分析
考虑到试验中涉及的参数较多, 利用多变元线性拟合的方法, 可能无法取得预期的拟合效果, 故采用指数形式的多元非线性拟合的方法[7]对试验中多组数据进行处理, 拟合出各参数之间的关系式。结合本课题的研究内容, 给出多元非线性拟合的数学形式为
考虑到α是一个角度, 无法直接代入公式拟合, 故取sinα代替。令k=sinα, 得到多元非线性拟合的数学形式为
为了降低计算的复杂程度, 结合式 (1) 的特点, 将其变形后, 化为简单的加减形式:
再分别以lnf、lnn、lnd、lnk作为多元线性拟合的输入参数, 进而确定出参数s、p、q、r的值。基于上述原理, 根据正交表中的多组试验数据拟合出旋翼升力F与桨角、主轴转速、旋翼直径之间的关系式为
式中:F为旋翼升力, N;n为主轴转速, r/min;d为旋翼直径, mm;k=sinα, 无单位。
从式 (3) 中可以看出, 旋翼升力F与主轴转速n、旋翼直径d以及k均成正指数级关系, 即其随着n、d和k的增大而增大;而且根据n、d与k指数幂的大小可以看出这3个因素对旋翼升力F的影响大小, 旋翼直径为最大, 主轴转速次之, 桨叶角最小。
将表2中的各组试验数据代入式 (3) 可得出旋翼升力F的理论值, 将理论值与试验值进行对比可知, 二者相差较小, 拟合公式的误差如表3所示, 其计算公式为
经过分析可知, 由式 (3) 得出的理论变形量与试验变形量相差较小, 拟合误差的最小值为0.04%, 最大值为1.47%, 误差不超过1.5%, 从而说明拟合公式的精度较高。
为了比较直观地观测变形量的理论值与试验值之间的接近程度, 以45°零误差线为标准, 以变形量试验值为横坐标, 理论值为纵坐标绘制出图3所示的误差检测图。
从图3可以看出, 旋翼升力F试验值与理论值构成的数据点均分布在零误差线附近, 从而验证了拟合公式的正确性。
4 拟合公式的验证
根据上面的拟合公式可以看出, 旋翼直径对升力的影响最大, 主轴转速次之, 桨叶角最小。而表2中的极差却是主轴转速的最大, 这与各个水平的取值间隔有关, 但这不影响拟合公式的正确性。
为了进一步验证拟合公式的合理性, 利用MATLAB分别计算以下3种不同变化情况下的旋翼升力变化[8]:
1) 同一桨叶角, 不同旋翼直径时, F随主轴转速的变化;
2) 同一旋翼直径, 不同主轴转速时, F随桨叶角的变化;
3) 同一主轴转速, 不同桨叶角时, F随旋翼直径的变化。
由图4中可以看出, 在旋翼直径d和桨叶角α不变的情况下, 旋翼升力F随主轴转速n的增大而增加;由拟合曲线变化趋势和数据点分布可知, 两者变化趋势几乎一致, 说明拟合公式中对于转速因素的拟合程度很好, 这也从侧面说明了拟合公式的精度较高。
从图5可以看出, 在旋翼直径d和主轴转速n不变的情况下, 旋翼升力F随桨叶角α的增大而增加, 其变化趋势与实验数据的变化趋势基本一致, 随着桨叶角的增加, 误差稍有增加, 但能维持在很小的范围内。
从图6可以看出, 在桨叶角α和主轴转速n不变的情况下, 旋翼升力F随旋翼直径d的增大而增加, 且其变化趋势与实验数据的变化趋势基本一致, 大部分实验数据点都落在曲线上。由于旋翼升力受旋翼直径的影响最大, 故图6的误差较上面两图略大, 也在情理之中。
从图4~图6可以看出, 拟合公式描绘的曲线和由实验数据点绘制的曲线大致一样, 比较3幅图中曲线的线性程度和倾斜程度, 也可得出桨叶角、主轴转速和旋翼直径对旋翼升力的影响程度。在本实验涉及的数据段内, 该拟合公式具有较高的精度, 从而验证了该拟合公式的合理性与正确性。
5 结论
1) 在本试验涉及到的桨叶角α∈[8.3°, 14.3°]、主轴转速n∈[2 000 r/min, 4 000 r/min]、旋翼直径d∈[480 mm, 640 mm]的范围内, 所得的拟合公式的误差不超过1.5%。
2) 在旋翼直径d和桨叶角α不变的情况下, 旋翼升力F随主轴转速n的增大而增加;在相同升力F的情况下, 随着主轴转速n的增加, 所需的旋翼直径d减小。
3) 在旋翼直径d和主轴转速n不变的情况下, 旋翼升力F随桨叶角α的增大而增加;在相同升力F的情况下, 随着桨叶角α的增加, 所需的主轴转速n减小。
4) 在桨叶角α和主轴转速n不变的情况下, 旋翼升力F随旋翼直径d的增大而增加;在相同升力F的情况下, 随着旋翼直径d的增加, 所需的桨叶角α减小。
5) 根据不同图的曲率大小可以确定3个因素对旋翼升力的影响大小, 旋翼直径为最大, 主轴转速次之, 桨叶角最小。
6) 拟合公式建立了旋翼升力与旋翼系统参数之间的关系, 较好地指导了后续的设计。
摘要：为了得到旋翼升力与旋翼直径、桨叶角以及主轴转速之间的关系, 以指导折叠翼无人飞行机器人的结构设计, 采用正交试验法设计试验工况, 在Fluent流体计算软件中进行数值计算, 对计算结果加以分析;采用奇异值分解的最小二乘拟合算法处理试验数据, 得出旋翼升力与旋翼系统参数之间的拟合公式;将拟合公式计算出的变形量理论值与对应试验值进行比较, 结果表明:在试验涉及的桨叶角α∈[8.3°, 14.3°]、主轴转速n∈[2 000 r/m in, 4 000 r/m in]、旋翼直径d∈[480 m m, 640m m]的范围内, 检测误差不超过1.5%。
关键词：D-U A V,旋翼升力,数值计算
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