基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析

针对传统的解析法和有限元法在压电陶瓷分析中的弊端,采用有限元软件ANSYS对压电陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLZT)进行特性分析.介绍了大型有限元分析软件ANSYS及其耦合场分析功能,建立了PLZT的ANSYS模型用于分析单片、叠层和双晶片型PLZT的静动态特性.单片PLZT的输出位移与所加电压和外力载荷均成线性关系;叠层结构的输出位移因粘结层的变形而小于理论输出值;双晶片变形的ANSYS计算结果同理论分析很相近.进行压电器件分析时,可先通过ANSYS软件建立实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,并且针对不同器件只需修改参数,程序通用性好.      

航空发动机转子系统建模方法和振动特性分析

针对现代航空涡扇发动机转子系统的结构和力学特征,运用有限元法对其低压转子进行了有限元建模方法和动力特性研究.分别采用二维梁单元和三维实体单元建立转子系统的有限元模型,对其动力特性计算结果进行比较分析,在此基础上,提出了等效圆盘法进行有限元建模的等效原则.等效圆盘法将转子系统的叶片等效为刚性圆环,既能保留转子系统的结构和力学特征,又能有效地控制模型规模,将周期问题转化为轴对称问题,便于有限元程序的求解计算.计算结果表明,该方法是一种适用工程实际的有限元建模方法.     

高频随机响应分析中的一种有限元网格细化标准

根据波动理论,满足随机响应工程计算精度要求的有限元网格大小与待求高频随机响应问题的频率范围上限有关。提出了一种新的有限元网格细化标准———三分之一波动细化标准。以简支板高频加速度响应分析为例,通过NASTRAN分析结果与解析解的对比验证了其有效性。     

W波段多注交错双栅行波放大器的高频特性

提出了一种采用平面线性排列的3个圆形电子注代替平面带状电子注的W波段交错双栅行波放大器微型化慢波高频结构,并重点对其行波传输特性和输入输出耦合特性进行了仿真设计和参数优化.结果表明,这种平面微型化高频结构的行波传输色散特性良好且有很大的工作带宽,所产生的强轴向电场分布非常有利于电子注与高频场的能量交换和相互作用.在保证平面微型结构中圆形注通道直径和带状注通道高度相同的情况下,得到的耦合阻抗是带状注交错双栅慢波高频系统2~3倍,为行波放大器高效率的注波互作用和高功率输出提供了新的研究思路.为了与该交错双栅高频系统相匹配,提出了一种更为简单易行的输入与输出耦合结构,仅采用三周期渐变过渡段就可以实现反射系数S₁₁在较宽频带内低于-20dB的良好结果,更有利于行波放大器未来的工程实现与应用.      

压电周期板中耦合禁带影响规律分析

近年来,利用周期结构中弹性波禁带特性减振的研究思路受到了广泛关注。针对以往周期结构难以实现宽频且可调禁带的问题,设计了一种含电路网络的压电周期结构。该结构中的弯曲波和电路网络中的电波通过压电效应可以产生一个较宽的耦合禁带,且通过调整电路参数就可以达到调节禁带位置的目的。首先,为了高效计算该结构的波动特性,开发了适用于压电周期结构的减缩波有限元算法,该算法可以在保证结果准确性的基础上节约90%以上的计算时间。利用该算法研究了压电材料尺寸和形状对耦合禁带性能的影响。结果表明:相同电学参数下,随着压电片尺寸的增大,耦合禁带向低频移动,且禁带带宽增加;相同面积下含圆形和方形压电片的机电系统内耦合禁带差异较小,即形状对耦合禁带的分布影响不大。其次,针对不同尺寸和形状的机电系统,设计了电学参数使得在同一频率附近产生耦合禁带,并分析了其性能差异。最后,为了证明耦合禁带的减振效果,设计了一种有限压电周期板模型,其强迫响应的结果证明了耦合禁带对结构内弹性波可以进行有效调控。      

航空整体结构件加工变形有限元数值仿真

加工变形是航空整体结构件数控加工领域普遍存在的问题.选取典型航空整体结构件,基于有限元法研究了毛坯初始残余应力对于加工变形的影响,仿真结果与试验结果一致;对残余应力引起的加工变形特点进行了分析,基于不同加工路径对航空结构件加工变形进行了有限元数值仿真,结果表明,对于单一残余应力引起的加工变形分析,可以忽略加工路径的影响.考虑铣削力与残余应力的耦合作用,建立了残余应力、铣削力的耦合力学模型,给出了具体仿真流程,针对不同加工路径进行有限元仿真,研究了铣削力对于残余应力分布及最终加工变形的影响.     

旋转部件SGBEM-FEM耦合热弹性断裂分析

旋转部件载荷复杂,易萌生裂纹,引发疲劳断裂失效。针对含裂纹受热旋转部件,在全局无裂纹区域使用有限元法(FEM),发挥其在大型结构仿真分析方面的优势;在裂纹附近局部子域使用对称伽辽金边界单元法(SGBEM),发挥其在结构断裂分析方面的优势。构造考虑旋转惯性载荷和热载荷影响的SGBEM超单元,该超单元刚度矩阵对称半正定,且施加的旋转惯性载荷和热载荷仅影响等效力向量,可实现与有限元刚度矩阵和力向量的直接装配,从而耦合求解旋转部件的热弹性断裂问题。采用构造的SGBEM超单元FEM耦合法计算了含裂纹受热旋转圆盘的应力强度因子,验证了该方法的有效性。      

基于等效梁模型的长直机翼动力学与颤振分析

针对多自由度的复杂结构,建立简化的等效结构模型,可以快速、有效地进行结构分析.采用能量等效的方法,将多自由度、结构复杂的长直结构等效为空间梁,推导得出等效梁的刚度值和惯量值,利用有限元法得到总体刚度阵和质量阵.针对某机翼模型,得出了等效梁的刚度值和惯量值,进行了振动和颤振特性分析,并分别与有限元软件的计算结果作了对比.结果表明:该等效建模法大大降低了结构自由度,振动及颤振分析误差较小,而且其主要参数值方便修改,因此该方法可用于飞行器的初级设计或结构优化设计.     

空间薄膜结构刚柔耦合非线性动力学分析

空间薄膜结构经历大范围刚体运动时,刚柔高度耦合的非线性动态响应极易发生,这将会降低结构几何精度,甚至影响设备正常工作.针对平面张拉式空间薄膜天线,建立了大范围运动的空间薄膜天线刚柔耦合非线性动力学有限元模型,描述了二阶效应与刚柔耦合效应对结构刚度特性、阻尼特性以及载荷的作用.通过对模型的数值解算,讨论了刚体运动规律(初...     

Reissner型矩形板分析的U变换-有限元法

将U变换法推广应用于Reissner矩形板的有限元分析中.对原结构进行等效变换,形成周期循环的板单元,使刚度矩阵成为循环矩阵,应用双重U变换解耦了有限元的矩阵方程,使有限元计算只须在一个板单元上进行,并且仍能方便分析整个板的一般分布载荷.所发展的U变换-有限元法不仅提高了计算效率,很快收敛于精确解,对于简支板还给出了精确分析的有限元解、准确的误差估计表达式和收敛速度,可以直接掌控计算精度,这是其它方法难以得到的.对简支和固支矩形板的数值算例及与其它方法的对比说明了U变换-有限元法的优点和重要的工程实用价值.      

基于FE-SEA混合法的飞行器结构声振响应分析与试验验证

以美国X-43A飞行器为研究对象,基于有限元与统计能量分析混合法FE-SEA,建立飞行器结构声振耦合动力学模型. 着重研究飞行器噪声致振的性质及规律,得到飞行器空腔结构在宽频外噪声场激励下的结构振动响应及舱内噪声场响应,并对FE-SEA在宽频区间中段的计算结果进行分析. 通过噪声试验验证了理论与数值计算的可靠性.      

流体驱动高速机构中缓冲装置的优化设计

受流体驱动高速运动的机构,受阻后突然停止将导致零件变形甚至断裂.为得到缓冲结构的最佳方案,运用正交试验法从27种设计方案中确定了9个试验样本,并通过流固耦合与非线性有限元法对其高速运动与冲击过程进行了仿真分析.在此基础上,应用改进的BP(Error Back-Propagation)网络训练得到吸能结构参数与零件应变能的非线性映射关系.通过优化,得到了最佳方案,明显提高了方案优选效率.      

基于径向基函数响应面的机翼有限元模型修正

用ANSYS三维实体单元SOLID45建立机翼基准有限元模型并计算其自由振动的前6阶模态频率.用均匀设计方法将结构参数分组并分别计算各组结构参数对应的模态频率,建立高斯径向基函数响应面模型.用最小二乘法则拟合系数并检验响应面拟合精度,对基准模型的结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型.用响应面模型和基准模型计算所得模态频率的相对误差建立适应度函数的表达式,将混沌搜索机制引入粒子群算法对结构参数的摄动量进行寻优计算,搜索所得优化解代入即得修正后模型,将修正后模型与基准模型在测试频段内段外的模态频率近似度进行比较,证实了修正后模型的有效性.      

模拟弹塑性碰撞的修正SPH方法

从基本的无网格光滑粒子法SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)近似出发,修正了模拟固体力学中大变形弹塑性碰撞的SPH方法.在边界处采用修正的边界条件,弹塑性分析过程中采用增量理论计算应力,迭代过程中用守恒光滑法进行滤波修正消除拉力不稳定.对SPH方法进行了程序实现,给出了杆弹塑性碰撞的算例.计算分析表明,SPH方法节点的影响域较大、精度较相同节点间距有限元法的结果有一定差距,但是通过增加粒子数量可以提高SPH的精度,保持了其简单性和计算大变形的特性.      

太空发电站参数化有限元建模与设计平台

在进行太空发电站的动力学与控制研究时,由于其结构尺寸庞大,单元与节点众多,传统有限元建模方法效率极低,通常只能将其假设为刚体或刚柔耦合系统,但这种近似简化处理必然会导致真实动力学特性的缺失。因此,文章提出一种太空发电站参数化有限元建模方法并建立设计平台,旨在缩短有限元建模周期,提高太空发电站设计、分析与优化的效率。以平台式太空发电站为原型,介绍了其基本参数与有限元模型。定义了易用的有限元节点与单元编号规则并给出了参数设置过程。借助APDL、UIDL,以及TCL/TK的混合编程技术,建立了太空发电站参数化有限元模块及设计平台,利用简单的菜单及人机交互界面实现电站的参数化有限元建模,设计人员从输入参数到开始建模的前处理时间不会超过2min,提高了建模效率。     

基于响应面优化的结构有限元模型修正

针对结构有限元分析中模型精度低的问题,提出了响应面优化的模型修正方法.利用优化拉丁方试验设计样本点,F值检验筛选出修正参数构造不完全4阶多项式响应面并检验响应面有效性.引入遗传算法以响应面计算值与试验值的残差为目标来优化修正参数,将修正值代入初始模型中得到修正模型.三自由度系统数值算例,验证了模型中参数准确、参数不存在和参数有误差3种工况下,响应面优化方法的模型修正能力.以GARTEUR飞机模型为对象,筛选显著性参数进行模型修正,结果表明修正后模型不但在修正频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,还能预测结构局部修改后的频率,证实了经过参数筛选后响应面优化的模型修正有效性.     

PCB及元件的温度场有限元分析

首先简要介绍了一下热传输原理,而后应用有限元探索了双列直插式元件及印制电路板(PCB)的二维和三维稳态热传输,通过计算实例的温度场分布对两种方式作比较,并通过点测进行实验研究,计算与实验测量相吻合,给出结论, 有限元三维模拟比二维模拟更为复杂,但得到的信息更为详细.     

拍合式电磁阀动态响应仿真分析与试验验证

根据电磁阀空载试验结果和电磁阀数学模型,对影响电磁阀响应时间的因素进行了分析.利用有限元方法和磁路分析法分别建立了拍合式电磁阀的仿真模型,用两种模型计算出不同弹簧刚度、弹簧预变形、衔铁质量、放电回路电阻、线圈匝数、非工作气隙下电磁阀的响应特性,以及这些参数对响应时间的影响程度.两种仿真计算结果和试验进行了对比,结果基本一致,根据结果分析了两种仿真方法的优缺点.总结出电磁阀在设计、生产时应重视的技术环节,对以后电磁阀设计工作具有指导意义.     

TB5钛合金凸弯边橡皮成形中侧压块优化设计

TB5钛合金凸弯边橡皮成形时易失稳起皱.将起皱缺陷量化作为优化目标,以凸弯边起皱为缺陷考察指标和侧压块优化的目标函数,基于有限元模拟和试验设计,对不同几何参数下的侧压块橡皮成形进行了有限元模拟,分析了几何参数对起皱指标的影响程度,应用响应面法建立侧压块几何参数和起皱评价指标间的函数关系,并用拟牛顿法进行优化.建立了优化参数和成形指标间的近似函数关系及侧压块优化设计模型.通过试验验证该优化方法的有效性和正确性.     

质量特性对航天器火工冲击传递影响仿真分析

航天器火工冲击环境复杂，冲击载荷的瞬态、高度非线性等特点，使得冲击响应的准确预示具有一定难度。卫星舱板上分布大量单机设备，其质量特性成为影响火工冲击传递的关键因素。根据火工冲击传递机理，建立了卫星舱板与单机设备的冲击有限元简化模型，计算了舱板上的火工冲击响应。通过与试验数据的对比，误差控制在±35dB内，验证了有限元建模的合理性。以此为基础，研究了火工冲击传递特性，为火工冲击响应预示及卫星舱板布局设计提供了参考。