薄壁加筋圆柱壳后屈曲分析方法研究

基于有限元采用非线性显式动力学分析方法,开展了轴压作用下薄壁加筋圆柱壳结构的后屈曲行为研究,比较了加筋圆柱壳结构筋条截面高宽比、蒙皮厚度、加筋疏密程度等结构几何参数对显式非线性算法计算屈曲临界载荷与隐式非线性算法计算结果的差异。研究结果表明,结构筋条质量与蒙皮质量之比大于0.4时,显式计算结果与隐式计算结果趋于一致,当筋条质量与蒙皮质量之比小于0.4时,显式算法计算结果与隐式算法计算结果会产生波动性差异。显式非线性分析能快速高效分析筋条质量与蒙皮质量之比大于0.4的薄壁加筋圆柱壳结构后屈曲行为。     

El Eentro地震波下杆件屈曲对K8型单层球面网壳结构敏感性分析

网壳结构的动力稳定性是空间结构研究的重要课题之一。目前,对于网壳结构动力稳定性的研究很少有考虑杆件屈曲这一因素的影响。本文在前有研究成果的基础上,以多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过削减杆件截面,使其先于网壳结构整体失稳之前首先屈曲,研究在El Eentro地震波作用下,K8型单层球面网壳结构对不同位置处的杆件屈曲的敏感性。     

基于Taft地震波作用下的杆件屈曲对K8型网壳结构稳定性影响分析

网壳结构的动力稳定性是空间结构研究的重要课题之一。目前,对于网壳结构动力稳定性的研究很少有考虑杆件屈曲这一因素的影响。本文在前有研究成果的基础上,以多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过削减杆件截面,使其先于网壳结构整体失稳之前首先屈曲,研究在Taft地震波作用下,不同位置处、不同根数的杆件屈曲对K8型单层球面网壳结构整体稳定性的影响。     

航空航天结构轻量化设计与实验方法研究进展

综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法，聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结；针对薄壁结构，分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向；针对连接结构，总结了传力路径与区域应力调控两大类设计方法。此外，就轻量化结构的高精度实验方法与数字孪生模型等共性关键问题进行梳理，并展望了未来航空航天结构轻量化设计方法发展前景，为未来研究工作和装备研发提供参考。     

短口圆柱壳在外压作用下的稳定性

圆柱壳在外压作用下的屈曲问题，从计算方法上讲，可按其长度为４类。从正交异性壳的稳定性基本方程出发，可导出短壳在外压作用下的临界值，并给出工程算法。     

增强S形波纹管内压稳定性分析方法

针对增强S形波纹管,结合理论分析与数值仿真分析方法,给出内压稳定性的分析方法。首先基于数值分析方法获得波纹管轴向刚度,由最小轴向刚度确定结构弯曲刚度。然后,基于内压作用下薄壁圆柱壳轴线控制方程和弯曲过程波纹管结构几何关系,获得摇摆过程边界影响系数的选取方法。最后,基于Euler公式并参考EJMA规范,给出增强S形波纹管...     

薄壁加筋壳强度变差系数仿真预估方法研究

针对运载火箭结构价格昂贵，通过试验获取强度变差系数困难问题，提出了基于产品实测数据仿真预估强度变差系数方法。以轴压载荷作用下的1 m直径薄壁正交网格加筋圆柱壳试验件为对象，开展了实现技术途径及试验验证研究。测量并统计试验产品材料性能、结构尺寸及几何形貌不确定性；应用双重傅立叶级数对实测几何形貌表征，将其引入到结构理想有限元分析模型，实现极限强度精确仿真分析；采用混沌多项式展开（Polynomial Chaos Expansion，PCE）代理模型，实现考虑关键参数不确定性的极限强度高效模拟打靶和强度总体变差系数预估；并开展了3个试验件的轴压强度破坏试验验证。结果表明，预估的强度变差系数可很好包络试验样本变差系数，具有较高可靠性的同时，相对历史统计数据有较大降低，对实现结构可靠性安全系数的精确量化设计，挖掘现代先进结构承载潜力有重要意义。     

耦合效应对迭层复合圆筒壳轴向压缩屈曲的影响

通常迭层复合结构由于各向异性和非对称迭层而显示出耦合效应。本文将考虑这种耦合效应对正交铺层和角铺层的圆筒壳在轴压下屈曲应力的影响,即用 Donnell 型平衡方程或能量法分析迭层顺序、层数、边界条件和屈曲形态对屈曲应力的影响。对三类碳纤维/环氧(CFRP)迭层圆筒壳进行屈曲实验来验证解析解的预示值。这些实验值表明,其结果与解析解有很好的一致性。同时发现耦合效应随层数 N 的增加而迅速消失,且屈曲应力将接近均质正交异性筒壳较高的值,在 N=2逆对称迭层圆筒中的屈曲应力则显著减小。     

复合材料格栅圆柱结构优化设计

复合材料格栅圆柱结构是由连续纤维缠绕的斜向和环向肋组成的结构.介绍了一种轴压作用下复合材料格栅圆柱结构的设计方法,该模型是在满足格栅结构整体屈曲要求、斜向肋承受压缩强度要求以及2个交叉点间肋段的局部屈曲3个约束条件的情况下,通过引入格栅结构整体屈曲、局部屈曲及压缩强度安全系数,并经过对数学模型的变换处理,使得格栅结构的结构重量最小,得到格栅结构的设计参数.该方法在格栅结构的设计与优化中非常有效.     

薄壁密封柔轮的加工工艺

介绍了向密封器中传递运动和动力的传动形式。这种传动结构形式是利用密封谐波传动的特性向有严格密封要求的容器中传递的。其关键件密封柔轮壁厚只有零点几毫米，且外圆柱面具有数百个小模数轮齿的薄壁零件，加工难度大。通过改变谐波齿轮传动参数与结构尺寸，满足了向密封容器传递运动与动力；采用膨胀芯轴与平头尾顶尖配合使用的方法，减少了装夹变形与切削加工难度，保证了密封柔轮的质量。     

考虑内压影响的加筋柱壳高效屈曲优化

针对运载火箭贮箱结构,基于渐近均匀化法建立考虑内压的非等厚筋条的加筋壳承载力快速计算方法。首先,采用渐近均匀化法获得加筋单胞的等效刚度阵,进而基于瑞利-里兹法计算考虑内压的整体失稳载荷,并基于板壳理论发展了加筋柱壳的蒙皮和筋条局部失稳载荷计算方法。此外,基于自适应代理模型优化方法,开展了考虑多种失效模式的加筋柱壳承载力最大化设计,以最优设计为例,分析了内压对加筋柱壳整体失稳载荷的影响规律。     

基于PATRAN/NASTRAN的复合材料结构铺层的分级优化设计方法

提出了一种用于复合材料结构铺层分级优化设计的有效方法,探讨了在当前载荷和边界条件下应变能与铺层厚度和结构质量之间的关系。在PATRAN/NASTRAN的基础上,采用直接搜索法与正交试验法相结合的优化方法,建立了一套实用的优化系统。该系统可适用于对称/非对称层合板、蜂窝夹层结构及多部件组合结构等多种结构类型;可解决多约束问题,约束条件考虑了应力、应变、最大位移、固有频率及结构屈曲失稳等多种因素。通过典型算例及工程应用,证明该系统能够取得优于其它同类算法的优化结果。     

基于非线性有限元降阶方法的网格加筋筒壳结构屈曲承载特性研究

非线性有限元数值计算方法是结构屈曲性能评估的主要手段,然而该方法需要基于精细网格迭代求解,降低结构非线性计算规模是其关键技术之一。采用一种结构非线性有限元降阶方法,对均匀轴向压载荷作用下的网格加筋筒壳结构进行了细致的承载稳定性特性分析。该方法将Koiter初始后屈曲理论与Newton弧长法相结合,通过多次使用Koiter摄动展开来跟踪结构非线性平衡路径。计算比较了特征值屈曲载荷和计及几何非线性效应的非线性屈曲载荷值;采用侧向小扰动载荷模拟结构初始几何形状缺陷,分析了缺陷幅度对临界屈曲载荷的影响规律,在验证了非线性有限元降阶方法分析精度的同时,细致考核了该方法在结构非线性屈曲分析以及缺陷敏感性分析中的计算效率优势。     

高强铝合金薄壁高筋大型壁板精确成形制造技术研究

针对现有铝合金薄板加筋条铆接或轧制厚板铣削的制造方式已经难以满足新型运载火箭舱段壁板在轻量化、高性能和低成本快速制造等方面的发展需求,从挤压成形所具有的高效率、高成形精度和良好的稳定性等特点出发,围绕高强韧高成形性可焊铝合金设计、高纯均质熔铸工艺、挤压流变整体成形以及复杂断面构件热处理调控的研究,提出采用带筋筒形件挤压开坯、精近成形后剖展的方法,制造宽幅薄壁高筋壁板,在降低宽幅薄壁高筋壁板对工装高要求的同时提高成形稳定性,并兼具高效、低成本、高性能等特点,能够支撑轻质高强薄壁大型舱段的高性能、低成本、高效制造。     

运载火箭贮箱增压消能器性能仿真与结构方案分析

为了更好地认识液体火箭贮箱增压消能器的工作过程，为消能器的结构方案设计提供支撑，针对典型的锥型和直筒型消能器的结构形式建立仿真模型，使用稳态方法仿真得到气体在消能器内的流场分布情况和消能器内部结构对压力损失和减速效果的影响。根据仿真结果给出消能器结构方案并进行试验，通过试验结果验证了仿真结果的准确性。结果表明：锥型和直筒型消能器的第一层节流结构是造成压力损失的主要部件；对于直筒型消能器，数值仿真的压降大小与试验结果的相对误差为6.3%；入口高速气流直接流经第一层节流结构比先经过扩容再流过第一层节流结构造成的压力损失更大；直筒型消能器的出口面积利用率随着均流筛网距离的增加有着先增加后减小的特点；样条曲线样式的导流锥能提高消能器的出口面积利用率。对贮箱增压消能器内部流场的数值仿真可以为消能器结构设计提供重要依据。     

大型运载火箭加筋柱壳近似建模方法

为提高大型运载火箭中薄壁加筋柱壳结构的后屈曲分析、优化设计的计算效率，提出基于矩估计的增广径向基函数(ARBF)近似建模方法。首先，分析了形状参数对ARBF近似模型泛化能力的影响规律；然后，基于样本点局部密度给出了ARBF基准形状参数确定方法，并根据模型响应特点，引入缩放系数对形状参数进行自适应调整；进一步，基于矩估计方法将确定形状参数的复杂域优化问题转化为确定缩放系数的优化问题，并利用多起点并行优化算法求解该问题，显著降低了计算复杂度；最后，通过典型数值算例和工程应用，对比研究了本文方法与其他典型近似建模方法的优劣。数值和工程算例表明，相较其他典型近似建模方法，本文方法可通过训练较少的样本点达到较高的近似精度，对比结果验证了本文方法的有效性和高鲁棒性，表明其具有一定的工程应用价值。     

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。     

压剪联合载荷作用下复合材料壁板屈曲及后屈曲性能计算与优化方法研究

复合材料壁板被广泛用于航空航天结构,在外部复杂工况下壁板通常会受到面内压剪载荷的联合作用,其屈曲及后屈曲响应直接影响此类结构的极限承载能力。为此,基于改进的Koiter摄动理论,提出一种能够快速精确地开展复合材料壁板非线性屈曲分析的摄动有限元降阶方法,然后计算获得壁板的屈曲/后屈曲性能指标,即非线性屈曲载荷、后屈曲承载刚度以及承载刚度残余系数,最后将摄动降阶方法嵌套到复合材料铺层优化的分析流程中,获得压剪联合载荷下各种屈曲/后屈曲性能指标的最优铺层信息。数值算例验证了所提出方法的高效性和有效性。     

碳-环氧树脂复合材料三角形网格加劲壳的总体稳定性

碳-环氧树脂(C/E)复合材料三角形网格加劲壳是一种先进的宇航结构。其总体失稳临界载荷计算是设计中的一个重要问题。本文为这种壳体结构的临界载荷计算提供了一个计算方法。为了验证这个计算方法,本文给出了三个C/E复合材料三角形网格加劲圆筒壳的外压试验结果。临界外压的实验结果与理论予示相当一致。因此,本文提供的临界外压计算公式可供设计使用。