弯曲板弹塑性有限元分析

本文利用变分原理推导出弯曲板弹塑性分析的增量形式有限元素法计算格式;采用了考虑侧向剪切影响的Mindlin理论,即具有三个广义位移的弯板理论;并且还采用了对弯板进行弹塑性分析的有效方法——分层法。最后,给出了几个数值例子,其计算结果是满意的。     

基于临界平面法的缺口件疲劳寿命预测方法

利用弹塑性有限元分析得到缺口件的应力、应变历史，分别计算任意材料平面上的描述拉伸和剪切疲劳破坏的两种损伤参量，取最大损伤参量所在的平面为临界平面，并利用最大损伤参量预测拉伸和剪切疲劳寿命，取小值为缺口件的疲劳寿命，进而得到一种预测缺口件疲劳寿命的预测方法。用此方法预测了SAE1045钢缺口件的疲劳寿命，并与实验值进行比较，误差分布在2—3倍因子范围之内。     

剪切理论与经典理论的对称角铺设方板弯曲解析研究

分别采用基于Reddy简化高阶剪切理论、一阶剪切理论和经典理论的对称角铺设矩形板横向弯曲一般解析解,计算分析四边固支对称角铺设层合方板在均布载荷下弯曲问题,讨论了横向剪切、铺设层数、铺设角、板厚对层合板内力矩和挠度的影响,概略分析了不同理论适用范围。引入了横向剪切效应参数,以反映横向剪切影响程度。文中给出数值算例,计算表明横向剪切效应与弯扭耦合效应存在交联。     

正交各向异性层合圆板的非轴对称弯曲

利用层合板的宏观应力应变关系，从三维板壳理论入手，建立了对称铺设正交各向异性层合圆板在外载荷作用下弯曲问题的微分方程。考虑一个复合材料整星隔振适配器与卫星所组成系统的横向运动等效模型，计算出特殊正交各向异性层合圆环板在集中弯矩作用下的解析解，并与有限元计算结果进行对比，证明了解的正确性。     

基于Reddy简化高阶剪切理论的复合材料对称角铺设矩形板横向弯曲一般解析解

采用复数级数法求解基于Reddy简化高阶剪切理论的复合材料对称角铺设矩形板横向弯曲问题。将待定位移函数展开为复数级数,代入该弯曲问题控制偏微分方程组,确定特征根和挠度待定常数与其他位移函数待定常数之间关系式。首次给出了该弯曲问题实数形式的一般解析解。将该一般解析解代入矩形板弯曲边界条件和角点条件,根据正弦级数的正交性建立关于挠度函数待定常数的线性代数方程组,求解此线性代数方程组可确定挠度函数待定常数。建立了该问题解析求解模式。将Reddy高阶剪切理论解析解与经典理论、一阶剪切理论解析解进行对比计算,验证了一般解析解,并给出数值算例。     

两种Reissner板的三角形假设应力杂交元

现有的各种Reissner板弯曲三角形元素存在着参数数目过多或不能过渡到经典板理论的缺点。本文用假设应力的杂交法推导了两种九参数的Reissner板三角元,所设的边界位移函数在剪切刚度很大时可以过渡到经典板的理论。数值计算结果表明这样做可以改善元素的精度。     

对称角铺设纤维增强斜形固支板弯曲解析

应用文献［２］给出的各向异性斜板横向弯曲一般解析解，对承受均布载荷的对称角铺设纤维增强复合材料斜形板进行弯曲分析。针对四边固支进行计算。讨论了各向异性、斜角β、铺设角θ、铺设层数Ｎ和跨宽比α对板挠度的影响。计算表明，对于单层角铺设菱形板的铺设角关于（π２）－（β２）对称时，板最大挠度相同，并在铺设角为π２－β２板最大挠度取最小值，θ为０°时板挠度为最大。对于菱形板，铺设层数增大，板挠度增大，而斜形板（α＞１）铺设层数增大，板挠度减小。     

固体火箭发动机撞击靶板安全性数值分析

为研究固体火箭发动机撞击安全性,建立了固体火箭发动机撞击靶板的计算模型,模型中发动机的推进剂装药采用点火增长反应速率方程.采用非线性有限元流体动力学方法,对发动机径向撞击靶板过程进行了数值模拟,分析了不同撞击速度下发动机中推进剂装药的反应情况.计算结果表明,发动机径向撞击靶板爆炸的临界速度范围为150～200 m/s;低强度多次撞击过程中推进剂会发生延迟爆轰情况.     

射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真

研究液体射流在不可压气流中破碎过程的难点在于捕捉射流柱表面细节特征。采用基于Gerris开源代码的树形自适应加密算法和VOF方法对射流袋式破碎和剪切破碎的典型算例数值计算,实现了射流柱从变形、弯曲到破碎成液滴的全过程可视化,清晰的捕捉到了射流柱表面形成的表面波,计算得到的射流轨迹、破碎长度和液滴空间分布均与文献中实验结果很好的吻合。直观表明表面波导致射流柱不稳定,射流袋式破碎液滴较大,剪切破碎液滴平均直径约为60μm,基于Gerris的高精度数值算法有助于进一步认识射流破碎机理和高效评估破碎效果。     

战斗部用钛合金材料金相组织研究

结合撞击实验所获得的实验数据,从宏观和微观角度分别进行了战斗部用钛合金材料动态屈服压力和金相组织的分析,得到如下结论:随应变率的增加,动屈服应力、侧向膨胀等也增加;断裂表面变得更加不均匀,剪切边缘更加表面化,倾斜度更大,基体凹陷更深,更普遍;高速率加载试样的破坏区在更长的距离上扩展。     

基于弹丸直径和速度的靶板击穿判据

文章提出了基于弹丸直径和速度的靶板毁伤二次函数模型,其特点是毁伤函数的正值意味着靶板已被击穿,其负值意味着靶板未被击穿;还推导出了用试验数据确定靶板毁伤函数的方法,通过令该毁伤函数为0而得到了基于弹丸直径和速度的靶板击穿判据,并给出了作为靶板击穿判据的曲线形状辨识方法;最后,用一组模拟数据验证了该方法的实现过程,证明了该方法的可行性。     

基于互相关碰撞强度谱的航天器碰撞定位技术

在针对空间碎片碰撞事件的碰撞定位技术中,传统方法是根据不同位置的碰撞信号到达时间差进行定位。对于加筋板而言,由于受到加强筋对信号的反射及衰减影响,采用传统定位方法无法实现准确定位。为解决上述问题,提出一种基于互相关碰撞强度谱的碰撞定位方法。该方法使用不同传感器之间的互相关系数曲线计算被测试件各位置的碰撞强度,构成碰撞强度谱,再通过查找碰撞强度谱中的最大值进行碰撞定位。为验证该方法的定位效果,共选取8个传感器13个实验点进行碰撞实验。结果证明该方法能够实现加筋板中的碰撞定位,通过选取适当滤波频带,平均定位误差最小为4.22 cm,满足航天器碎片碰撞定位应用需求。     

三层铝板结构高速撞击损伤与极限特性

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在真空环境下高速撞击双层铝板和三层铝板结构,研究撞击速度、板间距、铝板厚度对结构撞击损伤的影响。然后分析三层铝板结构的撞击极限速度,并与相同面密度的双层铝板结构的试验结果进行比较。结果表明,当面密度相同时,三层铝板结构比双层铝板结构具有更强的高速撞击防护能力,增加首层铝板厚度有助于提高三层铝板结构高速撞击防护性能,当第二层铝板位于首层铝板与舱壁中间位置时,三层铝板结构的高速撞击防护性能趋于最佳。     

多孔铝板高速撞击声发射定位方法

目前,声发射定位技术在空间碎片撞击航天器事件中的撞击源定位问题中得到了广泛研究。在定位算法上,声发射信号传播机理的复杂性表现为输入量的随机性;多次撞击的复杂性则表现为声发射信号传播的弯曲路径。文章针对多孔铝板声发射定位问题进行研究,采用伽马分布对声发射信号传播的弯曲效应进行建模,采用相对时间差方法对声源进行定位,最后通过仿真分析对所提供的模型与算法性能进行了数值演示。该方法可应用于空间碎片撞击航天器的撞击源定位与损伤评估。     

基于应变测量方法的卫星天线阵列变形检测

文章介绍了基于应变测量的卫星天线变形检测方法。该方法针对卫星天线在实际工作中产生的阵列形变,应用弹性力学的有关理论和解析方法,通过测量天线阵列单元面板表面的应变数据推导并拟合出天线阵列弯曲的挠度函数,绘制出天线阵列单元的变形构型。实验表明,该方法有较高的精度,能够为天线输出信号的相位校正控制提供依据。     

基于数字图像相关法的复合材料结构失效分析

针对纤维增强复合材料失效机理复杂的问题,采用数字图像相关法对拉伸试验中的复合材料表面位移进行数字化处理,建立了基于Hashin改进准则的结构模型,对比试验和仿真结果,分析试件的失效过程和机理。运用蒙特卡洛方法和有限元法,讨论并分析影响结果精度的因素。结果表明,数字图像相关法能够用于观察和分析复合材料结构的失效过程;基于Hashin改进准则的仿真模型与试验结果一致,可以作为进一步细观力学分析的基础;相对于其他结构参数,纵向拉伸强度对结果精度的影响更大。该结果可为复合材料可靠性分析提供理论参考。     

样条函数康托诺维奇法在复合材料板和圆柱曲板弯曲中的应用

样条函数康托诺维奇法是最新提出的一种数值型(或离散型)的康托诺维奇法。它既能化二维问题为一维问题,同时又具有样条函数法收敛快精度高,处理边界条件方便及平板曲板问题通用等优点。本文在板、壳勒夫——柯希霍夫假设的基础上,推导出金属、复合材料板、壳弯曲问题的基本公式。大量数值计算从各方面证明了本方法具有良好的使用性能。     

基于PVDF敏感器的空间碎片撞击航天器感知定位技术

从理论和实验两个方面开展了基于PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电薄膜敏感器的空间碎片撞击航天器感知定位技术研究,分析了基于双曲线理论的定位方法,并在理论分析的基础上,利用气枪和超高速弹道靶分别开展了平面铝板、曲面铝板等单层结构和Whipple结构下的验证实验。弹丸速度范围100m/s-3km/s,实验靶材为2mm厚的单层铝板和铝板厚为1mm、前后间距为10cm的Whipple结构,靶材上安装了4个PVDF传感器。研究结果表明：基于PVDF传感器的感知定位技术可实现空间碎片撞击航天器的位置定位,是一种可应用于航天器在轨感知空间碎片撞击系统的可选技术。     

压电层合板壳的数值分析与控制仿真

从虚功方程出发,推导出具有压电传感器和驱动器的层合板壳的机电耦合动力方程,建立了新的压电固体单元以模拟压电层合结构的力学特性和振动控制。通过引入EAS模式,代替通常采用的增加非协调函数的办法克服模拟薄板时所遇到的过高剪切应变能的缺陷,从而明显减少了内部变量的个数,提高了计算效率;进而在厚度方向上增加一个线性分布的横向应变,克服了用于壳体结构的分析时所遇到的厚度自锁问题;提出了一个新的电势插值函数,大大减少了电自由度的个数,显著降低了数据读取、存储和凝聚电自由度的计算花费。数值算例表明,推导的单元适用于薄壳结构的数值分析,并具有很好的对歪斜网格的适应性。