有限元结构分析并行计算的若干研究进展

有限元结构分析并行处理在大规模科学与工程计算中占有重要地位，本文简要介绍作者在这一领域内的研究工作及其成果。涉及单元刚度矩阵的并行计算、有限元方程组的并行直接解法、有限元方程组的并行迭代解法、结构动力分析并行直接积分法、广义特征值问题的并行算法以及EBE（Element-By-Element）技术在有限元结构分析并行处理中的应用等研究领域。特别提出了“伪单元向量”与“单元分组技术”等概念与新方法；首先考虑了矩阵向量积的多自由度问题；系统、深入而又全面地研究了EBE策略在结构分析并行处理中的应用，填补了国内空白并突破了国际现有成果。     

1.2m×1.2m跨超声速风洞条带悬挂支撑天平研制

条带悬挂支撑天平是1.2m×1.2m 风洞条带悬挂支撑测试系统中的重要组成部分,为确保天平研制成功,通过有限元分析仿真提出了一种“E”型天平新结构。天平有限元仿真、静态校准、动校和风洞试验结果表明天平结构合理,性能优良。     

“NASTRAN”发展概况与用途

“NAST RAN”为NASA结构分析的简写。该计算系统的研制是在65年提出来的.那时,NASA一个专门委员会对宇航企业界现有的结构计算机程序进行普查,发现现有的程序没有一个能满足NASA全部要求的.于是它建议发展新一代,用于复杂宇航结构整体结构分析的应用计划。在初步分析和技术评定之后,研制工作于66年7月开始,由计算机科学公司等4个单位组成一个企业班子,並由哥达宇宙飞行中心领导. 初样交付NASA总部是68年。整个系统安装、投产是60年.交付企业界使用是     

复合材料元件吸能能力的数值模拟

运用MSC／DYTRAN有限元软件，对碳纤维一环氧树脂“┼”字型、“┬”字型、“┐”字型3种典型复合材料元件的破坏过程、峰值栽荷、平均栽荷和能量吸收能力进行了数值模拟研究。鉴于MSC／DYTRAN有限元软件不能直接用于复合材料的吸能分析，分析时采用了等效的方法。将复合材料结构元件的数值计算结果与准静态轴向压溃试验的结果进行对比，两者较为一致，从而说明运用该有限元软件并采用等效的方法模拟复合材料结构吸能能力的可行性。     

复杂非线性结构随机振动环境试验的数值模拟——虚拟振动环境试验系统

介绍了复杂非线性结构振动环境试验计算机模拟过程,为建立虚拟振动环境试验系统奠定基础。振动环境试验的数值模拟包括建模和控制器设计两个核心问题。对复杂非线性结构的计算机模拟具体过程是:首先对被试非线性结构建立非线性有限元模型,并简化成一个低自由度模型;利用低自由度系统和两个反馈测点的加速度设计反馈控制器,使其被控制点响应加速度的功率谱密度达到规范谱型,控制器的反馈即为非线性结构的激励;将激励作用到有限元模型,并做响应计算,验证其响应加速度功率谱密度是否达到预定的规范谱,如果不满足,可重新减缩非线性有限元模型,或另选控制律,重新设计控制器;分析非线性有限元模型的响应,并进行可靠性分析。由振动环境试验的数值模拟过程可发展而成虚拟振动环境试验系统。     

火箭结构有限元分析的若干问题

本文就火箭结构有限元分析中遇到的几个重要问题进行讨论。问题包括液固耦合,局部修改结构动特性的快速计算,理论与实验的相关性,捆绑结构的动特性分析,复合材料结构计算以及有限元的建模问题等。内容包括国内外及我们自己近年来工作的一些成果,这些大都是一般有限元通用程序中所没有的。我们将进一步完善特种功能模块库,以便提供计算机辅助设计(CAD)和结构分析使用。     

基于有限元法的响应谱计算

在工程各个领域中广泛地存在着随机振动现象.计算在随机激励作用下结构的响应谱是结构强度和环境分析的重要任务之一.本文基于微机通用有限元程序,采用频率响应法,建立了一个可用于计算多输入多输出响应谱的分析系统。算例表明,效果是很令人满意的.     

空天飞行器再入过程中关键热结构的热分析

可重复使用的空天飞行器再入过程中关键热结构的热分析可为结构设计、选材等提供参考依据。本文针对全C/SiC复合材料襟翼结构,考虑传导与辐射耦合换热,建立了其再入过程热分析的有限元模型。由有限元计算结果的分析发现:辐射换热在整个温度场中起主导作用,并且对于采用防热-结构一体化设计的可重复使用的空天飞行器,C/SiC是比较理想的结构材料。     

月球着陆器着陆性能及多因素影响分析

以某型号月球着陆器铝蜂窝缓冲软着陆腿为对象,研究了月球着陆器月面软着陆性能.采用非线性有限元方法,建立了月壤和着陆腿结构有限元模型,进行了单腿着陆冲击非线性动力学仿真分析,将仿真结果与试验及多刚体系统动力学分析结果比较.文中还研究了月壤模型和主辅支柱结构弹性对月球着陆器着陆性能的影响.结果表明:非线性有限元分析结果与实验结果吻合较好,优于多刚体系统动力学分析结果;着陆腿主支柱的结构弹性对着陆性能影响较大;月壤有限元模型的离散化对分析结果有一定影响.     

浮球平台刚性的计算与实验研究

本文从浮球平台的结构特点出发,找到了适合于该复杂结构的三维有限元网格的分法,并编制了相应的单元及节点信息生成程序。使用ADINA程序计算了该结构的位移值,分析了其刚度,并与实验值作了比较,证明了本文方法的可靠性。     

基于有限元的飞机机翼刚度分析

以机翼翼盒有限元模型为基础,把有限元模型与结构几何尺寸数据相关联,提出了一种飞机机翼翼盒刚度分析的新方法。以有限元软件MSC.Patran为平台,利用其二次开发语言PCL开发了飞机机翼翼盒刚度分析程序。几个典型翼盒剖面刚度分析算例的结果表明,程序计算结果准确、界面直观,能显著提高工作效率。有限元模型和几何尺寸数据相关联的方式也为后期机翼翼盒刚度分析设计、甚至优化提供了支持。     

AD200玻璃纤维蜂窝夹芯结构强度的建模与分析

提出了AD200 双座轻型飞机玻璃纤维纸质蜂窝夹芯结构有限元分析的建模假设,利用试验测得的玻璃纤维(0/90°),(±45°)材料基本性能数据,按复合材料层合板理论得到了实际结构不同组合铺层的材料弹性常数。用通用有限元程序对AD200 飞机实际结构进行了强度分析,并与静力试验结果进行比较,两者吻合很好。结果表明,模型简化合理,材料试验数据可靠     

小型化结构静动力分析通用程序 PSDAS程序简介

一、序言目前,结构分析水平发展到了一个崭新的阶段,在大型数字计算机上几乎都配有各种功能齐全的结构分析程序。特别是在结构有限元分析方法的发展和推动下,用有限元法设计出的大量通用程序被广泛地应用于各工程技术领域中。可以说,这些通用程序作为计算机的重要工程软件,已经变成为生产力的一部分。众所周知,当前小型计算机和微型计算机正在以无可争辩的竟争能力进入人类社会的各个领域。因此,结构分析通用程序小型化已成为结构分析程序发展的新潮流。为了能够在小型计算机上为结构工程人员提供更加有力而灵活的分析工具,我们为内存128k字长(1字长     

曲面复合材料胶接修补参数优化

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔洞型穿透性损伤,采用方形复合材料补片胶接贴补方式,对影响修补效率的多个胶接参数进行了分析计算。在有限元分析中,考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修补的特点,建立了修补结构的力学分析模型:“三实体模型”。有限元分析采用ANSYS软件,所得结论对工程应用具有实用价值。     

面向对象有限元程序的设计及工程应用

在综述面向对象有限元软件研究现状的基础上，主要介绍了作者用ROSE软件工具、采用UML建模语言和C^＋＋语言所编制的面向对象有限元程序（Object-oriented finite element program，OOFEP），对产生的类作了必要的说明，对OOFEP软件框架的建立、程序C^＋＋代码的产生过程作了阐述，最后OOFEP程序进行某型号发动机某级压气机盘的应力应变分析。尽管目前的OOFEP程序的功能有限，但包含在OOFEP之中的面向对象的机制使得它比较容易扩充所需功能而日趋完善。研究工作表明：面向对象方法很适合于进行有限元程序的框架设计和代码编制，所编制的OOFEP程序可以对工程问题进行初步的应力分析计算。     

级间杆系的有限元分析和满应力设计

本文对多级导弹的级间杆系进行了力学模型简化,用有限元素法进行应力分析,用“满应力法”进行重新设计,采用FORTRAN语言编制计算程序,该方法可使结构分析和结构综合的品量、效率得到明显提高。     

车载火箭发射系统试验模型模态研究

本文建立了火箭发系统的弹 -架结构实体单元有限元模型及整体结构壳梁混合单元有限元模型并分别进行了有限元模态分析 ;对比弹 -架结构试验结果 ,验证了建模及分析方法的正确性 ;并为车载火箭发射系统整体结构振动模态试验及动态响应提供了可靠的依据。本文采用SDRC公司的 I-Deas TM软件进行建模及分析。     

旋翼载荷分析“RASAP-I”系统的几个特点

本文介绍由南京航空学院直升机技术研究所研制的第一代旋翼气动载荷-动应力分析程序系统“RASAP-I”。在简短概述该系统之后,着重介绍其空气动力模型、结构模型、分析方法等方面的一些独特之处,特别是选择和发展这些模型与方法的出发点与背景。最后,举出了两个应用该分析系统的例子。     

一种适用于梁式机翼的变形重构方法

针对航空航天领域飞行器机翼结构实时变形监测的需求,研究了一种基于结构表面应变测量的变形重构方法。该方法采用应变传感系统测得结构表面应变,再通过Ko位移理论实现应变-位移转换,重构测点处的变形,从而为结构健康监测系统、控制系统以及故障预测提供参考,保证结构运行的安全性。首先以等强度梁为对象,对该方法进行了实验分析;进而采用梁式机翼结构,通过对翼梁结构有限元建模,对该方法展开研究。实验和有限元分析结果均验证了该方法在梁式机翼结构变形重构研究中的可行性和可靠性。     

基于薄层单元法的螺栓连接结构有限元模型确认

由于螺栓连接结构结合面的粗糙度、预紧力矩和螺栓直径等因素具有不确定性,因此结合面的连接参数也是具有不确定性的,为了获得能描述连接参数不确定性的有限元模型,对螺栓连接结构开展有限元模型确认研究。将复杂的多螺栓结构拆分为简单的单个螺栓结构;先对单个螺栓结构做模型确认分析,采用薄层单元来表征结合面,通过模态试验数据修正获得薄层单元参数及其统计样本,对不确定性连接参数进行量化和传递分析,并采用模型确认准则验证该参数概率分布的合理性;再将考虑概率分布情况的单个螺栓结构的薄层单元参数应用到多个螺栓连接结构对其模态频率进行预测。研究结果表明:所采用的模型确认方法能量化薄层单元参数的不确定性,可建立具有一定可信度的螺栓连接结构有限元模型,由单个螺栓结构能预测多个螺栓结构的动力学特征。