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颤振是动气动弹性的稳定性问题,由于其极大的破坏性使得飞行包线内不允许发生任何形式的颤振。但在实际飞行时,不确定性因素不可避免,实际颤振边界应与理论颤振边界保留一定裕度,故在设计过程中,通过建模仿真手段量化各类不确定性以获取准确安全的颤振裕度具有重要意义。广泛存在于实际工程问题中的不确定性因素主要分为两类,随机不确定性与认知不确定性。多数不确定性量化方法专注于单一不确定性因素,且传统的抽样方法具有收敛速度慢的缺点,对于复杂颤振问题的不确定性传递需要耗费大量时间成本。故本文将概率盒表征同双层嵌套式蒙特卡洛/混沌多项式展开方法相结合进行高效的混合不确定性传递与量化。在不确定性量化的基础上,考虑颤振试验成本高且颤振裕度设计亟需安全性判据的特点,引入基于建模仿真的裕量与不确定度量化技术(Quantification of Margins and Uncertainties,QMU),作为颤振安全性评估方法,提供系统安全性的直观判据,并基于评估技术指导参数设计。本文分别基于二元机翼模型,AGARD445.6机翼模型及高超音速小展弦比机翼模型进行以下研究工作:1.机翼动力学建模及颤振计算。基于数值方法建立机翼模型,针对AGARD445 6机翼模型考虑不同建模方法下的动力学特性差异,对比试验结果表明变厚度板模型为最优仿真模型。针对小展弦比机翼建立弹性边界模拟其固支条件,并进行热气弹分析。2.不确定性传递及量化分析。阐述蒙特卡洛法及混沌展开多项式量化不确定性的原理。采用双层嵌套式蒙特卡洛/混沌多项式展开方法求解以概率盒为表征的混合不确定性,研究表明该方法对于复杂颤振问题的不确定性量化在保证精度的同时能够显著提高计算效率。基于该方法得到材料参数等不确定性因素影响下的颤振边界预测。3.QMU颤振评估方法及参数设计。研究QMU基本思想及原理,结合裕度设计的概念,引入适用于颤振问题的QMU应用框架,研究表明该方法能够在不确定性量化的基础上给出颤振裕度安全性的直观判据,反映不确定度对颤振边界的影响;并将QMU评估技术用于指导参数设计,输出以系统安全为前提的参数设计域。