气动弹性力学现代教程 第4版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

第2章 气动弹性静力学 3

2.1典型翼剖面模型 3

2.1.1带操纵面的典型翼剖面模型 6

2.1.2典型翼剖面模型——非线性效应 11

2.2机翼的一维气动弹性模型 13

2.2.1大展弦比机翼的梁-杆模型 13

2.2.2特征值和特征函数方法 15

2.2.3伽辽金方法 17

2.3直机翼的滚转 18

2.3.1平衡积分方程 19

2.3.2平衡方程的推导 20

2.3.3 Caa的计算 20

2.3.4函数S （y1η）的示意图 21

2.3.5空气动力（包括展向诱导） 22

2.3.6气动弹性平衡方程及集中元素求解方法 23

2.3.7发散 25

2.3.8反效和滚转效率 26

2.3.9积分方程特征值问题和影响函数的实验测定 27

2.4升力面二维气动弹性模型 30

2.4.1二维结构——积分表示 30

2.4.2二维气动面——积分表示 31

2.4.3用矩阵-集中元素法求解 31

2.5其他物理现象 32

2.5.1柔性管内的流体流动 32

2.5.2柔性壁面上的（低速）流体流动 34

2.6后掠翼的发散 35

参考文献 38

第3章 气动弹性动力学 39

3.1哈密尔顿原理 39

3.1.1单个质点 39

3.1.2多个质点 41

3.1.3连续体 41

3.1.4势能 41

3.1.5非势力 43

3.2拉格朗日方程 44

3.2.1典型翼剖面的运动方程 44

3.3典型翼剖面模型的动力学 47

3.3.1正弦运动 47

3.3.2周期运动 49

3.3.3任意运动 49

3.3.4拉普拉斯变换 50

3.3.5对任意运动的积分变换法 51

3.3.6随机运动 53

3.3.7颤振——气动弹性动不稳定性简介 59

3.3.8准定常气动力理论 62

3.4机翼上的空气动力——引论与小结 64

3.4.1可用的气动力理论 66

3.4.2活塞理论 67

3.4.3气动力脉冲函数和气动力传递函数 67

3.4.4一般的近似法 69

3.5气动弹性运动方程的求解 71

3.5.1时域法 72

3.5.2频域法 73

3.6代表性结果和计算中需要考虑的问题 75

3.6.1时域分析结果 75

3.6.2频域分析结果 76

3.6.3颤振和阵风响应的分类及其参数变化趋势 77

3.6.3.1实际的颤振计算 80

3.6.3.2非线性颤振现象 82

3.6.3.3颤振的参数变化趋势 83

3.6.3.4阵风响应 85

3.7复杂结构的广义运动方程 89

3.7.1拉格朗日方程和模态方法（瑞利-李兹法） 89

3.7.1.1动能 90

3.7.1.2应变能（弹性势能） 91

3.7.1.3求解Kmn的其他方法 91

3.7.1.4例子 93

3.7.2固有频率及模态特征值与特征向量 94

3.7.3广义气动力的计算 95

3.7.4运动方程及其解法 96

3.7.5阵风激励的响应 97

3.7.6平衡积分方程 97

3.7.7固有频率和模态 98

3.7.8正交性的证明 100

3.7.9考虑气动力的受迫运动 101

3.7.10例子 103

3.8其他的流体-结构耦合现象 109

3.8.1柔性管内的流体流动——消防水龙的颤振 109

3.8.2柔性壁面上的（高速）流体流动——平板/壁板颤振的一类简单原型 112

参考文献 115

第4章 升力面与非升力面非定常空气动力学 118

4.1流体力学基本方程 118

4.1.1质量守恒 118

4.1.2动量守恒 119

4.1.3无旋流动、开尔文定律和伯努利方程 120

4.1.4速势方程的推导 122

4.1.5小扰动理论 123

4.1.6经典声学的简化 124

4.1.7边界条件 125

4.1.8对称和反对称 126

4.2超声速流动 127

4.2.1二维流动 127

4.2.2翼型的简谐运动 128

4.2.3逆变换的讨论 130

4.2.4关于结果物理意义的讨论 131

4.2.5阵风响应 133

4.2.6瞬态运动 133

4.2.7机翼运动产生的升力 134

4.2.8大气阵风导致的升力 134

4.2.9三维流动 137

4.3亚声速流动 141

4.3.1积分方程的变换法推导和配置法求解 141

4.3.2利用格林定理确定核函数 143

4.3.3不可压三维流动 145

4.3.4可压缩三维流动 148

4.3.5不可压二维流动 151

4.3.6翼型的简谐运动 153

4.3.7瞬态运动 158

4.3.8积分式的计算 161

4.4代表性数值计算结果 164

4.5跨声速流动 169

4.5.1分析 170

4.5.2二维跨声速流中机翼的定常运动 174

4.5.3二维跨声速流中机翼的非定常运动 180

4.5.4三维跨声速流中机翼的非定常运动 183

4.5.5三维亚声速流中机翼的非定常运动 184

4.5.6结束语 187

符号表 189

参考文献 190

第5章 失速颤振 194

5.1背景 194

5.2解析公式 195

5.3稳定性和空气动力所做的功 196

5.4弯曲失速颤振 197

5.5非线性力学描述 198

5.6扭转失速颤振 199

5.7综合评价 201

5.8降阶模型 203

5.9计算失速流动 203

参考文献 207

第6章 土木工程中的气动弹性力学 208

6.1漩涡诱导振荡 209

6.1.1旋涡脱落 209

6.1.2漩涡诱导振荡的建模 212

6.1.3二自由度耦合方程——尾流振子模型 213

6.1.4单自由度的漩涡诱导响应模型 214

6.2驰振 216

6.2.1驰振运动方程、驰振不稳定的格劳渥-邓哈托（Glauert-Den Hartog）必要条件 216

6.2.2驰振运动的描述 218

6.2.3两个弹性耦合方棒的混沌驰振 219

6.2.4尾流驰振的物理描述和分析 220

6.3扭转发散 222

6.4气动弹性效应下的颤振和抖振 223

6.4.1平稳气流中二维桥面颤振问题的方程及其解析解 224

6.4.2气动弹性效应下桥梁截面对湍流激励的响应 227

6.5悬跨桥 227

6.5.1悬跨桥的风洞试验 228

6.5.2全跨度桥梁的扭转发散分析 230

6.5.3锁定漩涡诱导的响应 231

6.5.4全跨度桥梁的颤振和抖振 233

6.5.5降低桥梁对颤振的敏感性 239

6.6高耸烟囱和排气管以及高耸建筑 241

6.6.1高耸烟囱和排气管 241

6.6.2高耸建筑 243

参考文献 245

第7章 旋翼机的气动弹性响应 253

7.1桨叶动力学 254

7.1.1铰接式刚性桨叶的运动 254

7.1.2无铰式桨叶的弹性运动 261

7.2失速颤振 270

7.3桨叶-机身耦合 273

7.4非定常空气动力 289

7.4.1动态入流 289

7.4.2频率域 293

7.4.3有限状态涡建模 294

7.4.4小结 297

参考文献 297

第8章 涡轮机的气动弹性力学 302

8.1涡轮机的气动弹性环境 302

8.2压缩机的性能图 303

8.3叶片的模态振型和结构材料 306

8.4叶栅中的非定常势流 307

8.5可压缩流 311

8.6涡轮机中的周期性失速流 313

8.7涡轮机的失速颤振 315

8.8阻塞颤振 316

8.9气动弹性特征值 317

8.10近期发展趋势 319

参考文献 321

第9章 流固耦合问题的建模 324

9.1物理模型的分类 324

9.1.1经典模型 324

9.1.2线性模型和非线性模型的区别 326

9.1.3计算流体力学模型 326

9.1.4流固耦合计算的挑战 327

9.2时间线性化模型 327

9.2.1经典空气动力学理论 327

9.2.2经典流体动力学稳定性理论 328

9.2.3具有无黏动态扰动的平行剪切流 328

9.2.4一般的时间线性化分析 329

9.2.5一些数值算例 330

9.3非线性动力学模型 331

9.3.1谐波平衡法 332

9.3.2系统识别法 332

9.3.3非线性降阶模型 333

9.3.4降阶模型 333

9.3.5降阶模型的构建 333

9.3.6线性和非线性流体模型 334

9.3.7特征模态的计算方法 335

9.3.8特征正交分解模态 335

9.3.9平衡模态 336

9.3.10模态方法之间的配合使用 336

9.3.11输入/输出模型 336

9.3.12结构模态、气动模态和气动弹性模态 337

9.3.13代表性的结果 338

9.3.13.1空间离散和有限计算域的影响 339

9.3.13.2马赫数和定常攻角的影响；亚声速流和跨声速流 341

9.3.13.3黏性效应 346

9.3.13.4非线性气动弹性降阶模型 348

9.4结论和研究方向展望 349

附录9 A奇异值分解、特征正交分解以及平衡模态 349

参考文献 351

第10章 气动弹性试验 356

10.1结构动力学试验综述 356

10.2风洞试验 357

10.2.1亚临界颤振试验 357

10.2.2颤振边界的逼近 357

10.2.3安全设施 358

10.2.4研究性试验与排除性试验 358

10.2.5缩比律 358

10.3飞行试验 358

10.3.1颤振边界的逼近 358

10.3.2什么时候需要进行颤振试飞 359

10.3.3激励 359

10.3.4近期的颤振试飞项目实例 359

10.4试验和理论在飞机设计中的作用 360

参考文献 361

第11章 非线性气动弹性力学 363

11.1引言 363

11.2一般的非线性气动弹性力学行为 363

11.3具有非线性气动弹性效应的飞行经历 365

11.3.1非线性空气动力效应 366

11.3.2自由间隙 366

11.3.3结构的几何非线性 366

11.4非线性的物理来源 367

11.5非定常气动力的高效计算：线性和非线性 367

11.6实验/理论的相关性以及理论/理论的相关性 368

11.6.1空气动力 368

11.7跨声速流场中的颤振边界 373

11.8极限环振动 377

11.8.1带刚度非线性的机翼 377

11.8.2非线性内共振行为 378

11.8.3带几何板非线性的三角机翼 379

11.8.4带有结构和气动力非线性的特大展弦比机翼 380

11.8.5非线性结构阻尼 381

11.8.6大激波运动和流动分离 381

11.8.7急剧机翼失速 388

11.8.8非线性引起的不确定性 389

11.8.9结束语 390

参考文献 390

第12章 气动弹性控制 400

12.1引言 400

12.2线性系统理论 400

12.2.1系统的内联关系 401

12.2.2可控性与可观性 402

12.3气动弹性：空气动力反馈 403

12.3.1典型翼剖面模型的建立 404

12.3.2二维空气动力学模型 405

12.3.3平衡模型的降阶 406

12.3.4气动弹性模型的组合 408

12.3.5三角翼模型的建立 410

12.3.6传感器的影响 412

12.3.7三维空气动力学模型 414

12.3.8耦合系统 415

12.4开环控制系统设计的考虑 416

12.4.1汉克尔奇异值和模态建模 417

12.4.2优化策略 418

12.4.3优化结果 420

12.5控制律设计 420

12.5.1典型翼剖面模型的控制 421

12.5.2三角翼模型的控制 423

12.6变参数模型 424

12.6.1线性矩阵不等式 424

12.6.2 LMI控制器详述 425

12.6.3典型翼剖面的LMI设计 427

12.7实验结果 428

12.7.1典型翼剖面的实验 429

12.7.2 LPV系统的辨识 429

12.7.3闭环结果 431

12.7.4三角翼的实验 434

12.8气动弹性控制的结语 437

参考文献 437

第13章 涡轮机中复杂和非线性非定常流的现代分析方法 442

13.1非定常流的线化 443

13.2多级涡轮机的非定常流计算 447

13.3非线性气动力的谐波平衡法 450

13.4结论 458

参考文献 458

附录A 随机脉动压力作用下结构响应的初步分析 461

A1 引言 461

A2 结构的激励与响应之间的关系 461

A3 尖峰共振或小阻尼近似 464

符号表 465

参考文献 466

附录B 参考算例 467

B1 第2章例题 467

B2 3.1节例题 478

B3 3.3节例题 485

B4 3.6节例题 489

B5 4.1节例题 492