http://bhxb.buaa.edu.cnjbuaa@buaa.edu.cnDOI:10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0439基于动响应数据的大柔性机翼结构降阶方法谢长川，张铎耀，安朝*(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：现代飞行器机翼柔性大，几何非线性问题不可忽略。基于动响应数据样本，基于谐波平衡和快速Fourier变换对结构动力学方程中的非线性刚度系数进行识别，建立非线性结构降阶模型。引入位移残量基模态，进行柔性机翼大变形的位移恢复。结合曲面涡格法和三维曲面插值方法搭建大柔性机翼几何非线性气动弹性分析框架。相比传统基于静力学数据回归分析的几何非线性结构降阶方法，该方法需要的载荷集数目小，提高了分析效率。计算结果表明：与非线性有限元方法相比，非线性结构降阶模型准确度高，能够有效应用于大柔性机翼几何非线性静气动弹性分析，而传统的线性计算方法与非线性方法相比结果差异较大。关键词：几何非线性；快速傅里叶变换；参数识别；降阶模型；静气动弹性中图分类号：V211.47；V214.1文献标志码：A文章编号：1001-5965（2023）06-1319-12以Helios“太阳神”无人机为代表的高空长航时无人机，无论是在军用方面还是在民用方面都有着非常良好的应用前景。通常该类型飞行器机翼需要利用大展弦比及高复合材料使用率来满足大升阻比气动特性要求，导致机翼刚度低变形大，几何非线性气动弹性问题严重[1]。结构建模是气动弹性分析中的核心问题，准确的大变形结构建模方法是几何非线性气动弹性分析的基础。国内外研究人员针对气动弹性应用开发了不同的大变形结构建模方法。传统的位移基有限元方法模型适用度高，软件代码成熟，但自由度数高，求解效率较低。Hodges精确梁模型[2-3]，应变基有限元方法[4]及有限段模型[5]等计算效率高，但不便于处理复杂模型，使用范围受限。结构降阶模型可以有效降低模型自由度规模，提高计算效率，同时保持对复杂模型的适用性[6]。结构动力学分析中常用的降阶方法包括静力凝聚（Guyan缩聚）、动力凝聚及模态降阶等。线性动力学分析中的模态分析方法无法直接在几何非线性分析中应用，需要针对非线性问题特征进行修改。Mcewan等[7]在2001年给出了适用于大变形结构计算的非线性降阶方程形式及非线性刚度系数求解方法，Mignolet和Soize[8]随后补充推导了非线性项的来源。该方法选择线性结构模态作为降阶基函数，将结构动力学方程在模态空间中进行表达，忽略非定常项，利用非线性有限元分析中得到的静变形及载荷作为样...
