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內容簡介

　　《結構動力學與氣動彈性力學導論（第2版）》重點針對常規飛行器，提供瞭結構動力學與氣動彈性力學的導論。主要內容包括結構動力學、靜氣動彈性力學和動氣動彈性力學。結構動力學素材強調振動、模態錶示和動響應。討論的氣動彈性現象包括發散、副翼反效、氣動載荷重新分布、氣動彈性剪裁、非定常氣動力理論和顫振。超過100幅圖、錶有助於理解本書，超過50個例題便於學生學習。本書涵蓋瞭截至目前的結構動力學和氣動彈性力學的處理方法，能夠滿足高年級本科生或航空工程專業初級研究生的需求。

目錄

圖形清單
圖1.1氣動彈性研究領域示意圖
圖2.1弦振動示意圖
圖2.2顯示位移分量和拉力的弦微元
圖2.3承受扭轉變形的梁
圖2.4承受扭轉變形的梁的橫截麵微段
圖2.5梁的彎麯動力學示意圖
圖2.6梁微段示意圖
圖2.7彎麯和扭轉耦閤的梁的橫截麵
圖2.8靜平衡位置的特性
圖2.9有限擾動下的靜平衡位置特性
圖2.10單自由度係統
圖2.11k為正數時的係統響應（x(0)=x′(0)=0.5,ζ=0.04）
圖2.12k為正數時的係統響應（x(0)=x′(0)=0.5,ζ=-0.04）
圖2.13k為負數時的係統響應（x(0)=1,x′(0)=0,ζ=-0.05,0,0.05）
圖2.14ζ取不同值時簡諧激勵係統的放大係數|G(iΩ)|隨Ω/ω變化關係
圖2.15ζ=0.1、Ω/ω=0.9時簡諧激勵係統的激勵f(t)(實綫)和響應x(t)(虛綫)隨Ωt變化關係
圖3.1振動弦的前三階模態振型
圖3.2撥動弦的初始形狀
圖3.3移動坐標係xL和xR示意圖
圖3.4初始波形實例
圖3.5不同時刻的行波形狀
圖3.6作用於弦上的集中力
圖3.7狄拉剋函數δ的逼近
圖3.8作用於弦上的分布力f(x,t)
圖3.9集中力在半展長處的弦
圖3.10梁的固支端
圖3.11梁的自由端
圖3.12梁x=l端的示意圖，顯示瞭扭轉力矩T和作用於剛體上的大小相等、方嚮相反的扭矩
圖3.13梁x=0端的示意圖，顯示瞭扭轉力矩T和作用於剛體上的大小相等、方嚮相反的扭矩
圖3.14具有剛體和彈簧的例子
圖3.15一端受彈性約束的梁
圖3.16一端受慣性約束的梁
圖3.17固支自由梁扭轉示意圖
圖3.18固支自由梁扭轉振動的前三階模態
圖3.19自由自由梁扭轉示意圖
圖3.20自由自由梁扭轉振動的前三階彈性模態
圖3.21具有彈簧約束的扭轉問題示意圖
圖3.22對於ζ=5，tan(αl)與-αl/ζ隨αl的變化麯綫
圖3.23對固支彈簧約束的扭轉梁的αi最低值隨ζ的變化圖
圖3.24ζ=1時固支彈簧約束扭轉梁的前三階模態振型
圖3.25鉸接端狀態示意圖
圖3.26滑動端狀態示意圖
圖3.27在x=0端具有彈簧的承受彎麯的梁的實例
圖3.28兩端均具有平動彈簧的梁的示意圖
圖3.29右端具有扭轉彈簧的承受彎麯的梁的實例
圖3.30兩端都具有扭轉彈簧的梁示意圖
圖3.31剛體示意圖
圖3.32剛體連接在承受彎麯梁右端的實例
圖3.33機構連接在承受彎麯梁左端的實例
圖3.34對於左端連接機構的承受彎麯梁實例的自由體示意圖
圖3.35簡支簡支梁示意圖
圖3.36固支自由梁示意圖
圖3.37固支自由梁彎麯的前三階模態振型
圖3.38彈簧約束、鉸接自由梁的示意圖
圖3.39彈簧約束、鉸接自由梁彎麯運動時前三階模態振型
（κ=1，ω1=1��247 922EI/(ml4)，ω2=4��031 142EI/(ml4)，ω3=
7��134 132EI/(ml4)）
圖3.40最小特徵值αil隨無量綱剛度參數κ的變化
圖3.41彈簧約束、鉸接自由梁彎麯的基準模態的模態振型
（κ=50，ω1=1��839 292EI/(ml4)）
圖3.42自由自由梁示意圖
圖3.43自由自由梁彎麯的前三階自由振動的彈性模態振型
圖3.44受單位長度分布扭矩的非均勻梁示意圖
圖3.45非均勻梁受離散的內部扭矩示意圖
圖3.46假設除瞭θi外所有節點的扭矩值都為0時的扭矩分布
圖3.47受單位長度分布力和彎矩的非均勻梁示意圖
圖3.48滑動自由梁的第一階彈性模態振型（注意到“第零階”模態是剛體平移模態）
圖3.49當i=1,2,3時，(αil)2對κ的變化(梁的右端自由、左端具有平移彈簧約束的滑移條件)
圖3.50當κ=1時的第一階模態振型（梁的右端自由、左端具有平移彈簧約束的滑移條件）
圖3.51當μ=1時梁的第一階模態振型（梁左端固定、右端連接剛體）
圖3.52在x=lr處連接質點ml的固支自由梁的基準固有頻率的近似值
圖4.1扭轉彈性支撐的風洞模型平麵圖
圖4.2風洞模型翼型圖
圖4.3由氣動彈性效應引起的升力的相對變化
圖4.41/θ對1/q的麯綫圖
圖4.5懸臂支杆式風洞模型示意圖
圖4.6懸臂梁詳細視圖
圖4.7懸臂支杆式機翼詳細示意圖
圖4.8支柱支撐風洞模型示意圖
圖4.9支柱支撐風洞模型橫截麵圖
圖4.10帶有副翼的二元機翼截麵風洞模型示意圖
圖4.11均勻、平直的固支自由升力麵
圖4.12展嚮均勻升力麵橫截麵圖
圖4.13對於αr+α-r=1°的翼尖扭角與q-的關係麯綫
圖4.14保持αr為常數時剛性/彈性機翼升力分布
圖4.15保持總升力為常數時剛性/彈性機翼升力分布
圖4.16飛機滾轉示意圖
圖4.17具有正嚮副翼偏轉的右翼剖麵
圖4.18當e=0.25c, clβ=0.8, cmβ=－0.5時滾轉速度敏度關於λl的麯綫（反效點為λl=0��984 774）
圖4.19式(4.86)中三項對滾轉力矩R（無量綱化）的作用
圖4.20後掠翼示意圖（Λ為正）
圖4.21發散動壓隨Λ的變化麯綫
圖4.22Λ為正值、零、負值時的升力分布
圖4.23彎麯扭轉耦閤發散的τD對於βD的麯綫
圖4.24彎扭耦閤發散的τD對於r的麯綫
圖4.25耦閤的彎麯扭轉發散的τD對於r的麯綫
圖4.26彈性非耦閤後掠翼的無量綱化發散動壓（GJ/EI=1.0，e/l = 0.02）
圖4.27彈性非耦閤後掠翼的無量綱化發散動壓（GJ/EI=0.2，e/l = 0.02）
圖4.28對於一個具有GJ/EI=0.2和e/l=0.02的彈性耦閤的掠角機翼的無量綱化發散動壓
圖4.29發散動壓無窮大機翼（GJ/EI=0.5）掠角
圖4.30發散動壓無窮大機翼（e/l=0.02）掠角
圖5.1當Ωk≠0時各典型模態幅值的狀態
圖5.2具有俯仰和沉浮彈簧約束的翼剖麵幾何形狀說明示意圖
圖5.3當a=-1/5，e=-1/10，μ=20，r2 =6/25，σ=2/5時，模態頻率關於V的麯綫（定常流理論）
圖5.4當a=-1/5，e=-1/10，μ=20，r2 =6/25，σ=2/5時，模態阻尼關於V的麯綫（定常流理論）
圖5.5彈簧約束下俯仰運動二維機翼的翼型示意圖
圖5.6p法和k法關於雙發噴氣運輸機顫振分析的比較（參考Hassig(1971年)的圖1，經許可使用）
圖5.7p法和pk法關於雙發噴氣運輸機顫振分析的比較（參考Hassig(1971年)的圖2，經許可使用）
圖5.8pk法和k法關於水平尾翼的顫振分析的比較（參考Hassig(1971年)的圖3，經許可使用）
圖5.9k從0變化到1時C(k)的實部和虛部麯綫，其中C(k)=1
圖5.10C(k)的實部和虛部對於1/k的麯綫
圖5.11零升力綫、相對於氣流的速度方嚮、升力方嚮幾何示意圖
圖5.12模態頻率隨U/(bωθ)變化麯綫（a=-1/5，e=-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5）
圖5.13模態阻尼隨U/(bωθ)變化麯綫（a=-1/5，e=-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5）
圖5.14減縮顫振速度隨質量比μ的變化麯綫（σ=1/10，r=1/2，xθ=0，a=-3/10）
圖5.15無量綱顫振速度隨頻率比的變化麯綫（μ=3，r=1/2，a=-1/5）
圖5.16無量綱顫振速度隨e的變化麯綫（μ=10，σ=1/2，r=1/2）
圖5.17典型2倍聲速戰鬥機的飛行包綫
圖5.18運用k法和Theodoresen氣動力理論的ω/ωθ隨U/(bωθ)的變化麯綫(a=-1/5，e =-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5)
圖5.19運用k法和Theodoresen氣動力理論的g隨U/(bωθ)的變化麯綫
(a=-1/5，e =-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5)
圖5.20運用pk法和Theodorsen氣動力理論(圓點綫)、p法和Peters等人的氣動力理論(實綫)的Ω/ωθ估算值隨U/(bωθ)的變化麯綫
(a=-1/5，e =-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5)
圖5.21運用pk法和Theodorsen氣動力理論(圓點綫)、p法和Peters等人的氣動力理論(實綫)的Γ/ωθ估算值隨U/(bωθ)的變化麯綫
(a=-1/5，e =-1/10，μ=20，r2=6/25，σ=2/5)
圖A.1例5力學係統簡圖
圖A.2例6力學係統簡圖
列錶清單
錶3.1固支自由梁在i=1,…，5時對應的αil，(2i-1)π/2和βi值
錶3.2自由自由梁在i=1,…,5時對應的αil,(2i+1)π/2和βi值
錶3.3對帶有梢部質量μml的固支自由梁
應用3.3.4小節方程(3.258)的
n階固支自由模態得到的ω1ml4EI的近似值
錶3.4對帶有梢部質量μml的固支自由梁應用3.3.4小節方程(3.258)的
n階固支自由模態得到的ω2ml4EI的近似值
錶3.5對帶有梢部質量μml的固支自由梁
應用n項多項式函數解得
ω1ml4EI的近似值
錶3.6對帶有梢部質量μml的固支自由梁
應用n項多項式函數解得
ω2ml4EI的近似值
錶3.7對固支自由梁問題，應用n項多項式函數在i=1,2，3時ωiml4EI的
近似值
錶3.8對固支自由梁問題，應用n階冪級數的降階運動方程在i=1,2,3時
ωiml4EI的近似值
錶3.9應用有限元法得到的由梁的扭轉導緻的梢部扭轉結果
錶3.10根部連接彈性常數為κEI/l的扭轉彈簧的鉸支自由梁。利用一個剛體模態為x和 n-1個3.3.4小節中方程(3.258)給齣的固支自由模態得到的ω1ml4EI的近似值
錶3.11根部連接彈性常數為κEI/l的扭轉彈簧的鉸支自由梁。利用一個剛體模態為x和 n-1個3.3.4小節中方程(3.258)給齣的固支自由模態得到的ω2ml4EI的近似值
錶3.12根部連接彈性常數為κEI/l的扭轉彈簧的鉸支自由梁。利用一個剛體模態x和 n-1個滿足固支自由梁所有邊界條件的多項式得到的ω1ml4EI的近似值
錶3.13根部連接彈性常數為κEI/l的扭轉彈簧的鉸支自由梁。利用一個剛體模態x和 n-1個滿足固支自由梁所有邊界條件的多項式得到的ω2ml4EI的近似值
錶3.14固支自由錐形梁。基於裏茲法，利用n個滿足固支自由梁所有邊界條件的多項式得到的ωim0l4EI0的近似值
錶3.15固支自由錐形梁。基於裏茲法，利用n項多項式(x/l)i+1(i=1,2,…,n)得到的ωim0l4EI0的近似值
錶3.16固支自由錐形梁。基於伽遼金法的方程(3.329)，利用n項多項式(x/l)i+1(i=1,2,…,n)得到的ωim0l4EI0的近似值
錶3.17有限元法得到的彎麯梁的固有頻率結果，其中，梁的剛度EI綫性變化，EI(0)=EI0=2EI(l)，且每個單元的剛度EI綫性變化
錶5.1Γk與Ωk不同組閤對應的運動類型和穩定性特性
錶5.2典型飛行器的不同質量比

前言/序言

　　氣動彈性力學是一門研究彈性物體在氣流中，由彈性變形與所受到的空氣動力之間相互作用的學科。其中，結構動力學是構成研討氣動彈性力學的基礎學科，二者在學科上是不可分割的，但又各自有其獨立的體係。
　　很多年以來，佐治亞理工一直為本科三年級學生開設“振動與顫振”課程。由於教學工作的需要以及多年來教學經驗的積纍，形成瞭更加豐富的教學內容，由此該課程更名為“結構動力學與氣動彈性力學導論”，並齣版瞭《結構動力學與氣動彈性力學導論》全新教材。目前齣版的是該書的第2版，更加豐富瞭第1版教材的內容。在結構動力學方麵，強調振動、模態錶示和動響應。在氣動彈性力學方麵，注重對現象和原理的討論，包括發散、副翼反效、氣動載荷重新分布、氣動彈性剪裁、非定常氣動力理論和顫振。第2版增加瞭習題的數量及內容，以利於初學者學習；闡述瞭該學科領域對各種問題的處理方法。因此，本教材能夠滿足高年級本科生和航空工程專業研究生的需要。
　　本書的作者Dewey H. Hodges是佐治亞理工航空航天工程學院的教授，是美國多個學會的會士，擔任過多個重要國際期刊的編委。Hodges教授的主要研究方嚮包括：鏇翼飛行器飛行動力學、結構動力學、氣動彈性力學、結構力學及穩定性、計算力學及最優控製。2013年獲AIAA Ashley氣動彈性奬。
　　引進本教材的目的，一方麵，為該領域的教學及學術交流提供參考資料；另一方麵，也為理工科大學生提供結構動力學與氣動彈性力學領域的引導讀物，它可以當做高年級本科生及剛入學的研究生的有益參考書。除此之外，正在工作的相關技術人員，如果對氣動彈性學科感興趣，這本教材將是一本極好的入門書。
　　本教材是北京航空航天大學航空科學與工程學院氣動彈性研究室在與作者的學術交流中確定引進的，可作為相關專業的重要參考書。在引進的過程中，得到北京航空航天大學齣版社的大力支持。本書分為兩大部分，分彆由戴玉婷譯結構動力學部分，由硃斯岩譯氣動彈性力學部分。全書由楊超、陳桂彬審校。
　　譯者
　　2014年8月


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