带辅助支撑式太阳翼设计与验证

针对特定小卫星对太阳翼高展开刚度的需求，设计了一种带单根辅助支撑臂的太阳翼。支撑臂中部采用带簧铰链实现弯折收拢，两端采用球关节铰链分别与太阳电池板、星体侧壁相连接。在太阳电池板与卫星侧壁连接处，采用自适应锁定式铰链，实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展了太阳翼基板承载能力分析、模态分析和展开动力学分析等。结果表明：太阳翼结构强度裕度满足使用要求，展开状态基频高达8 Hz以上，展开过程顺畅。模拟卫星发射过程及空间使用环境开展了太阳翼力学试验、展开试验、光照试验等，验证了太阳翼与飞行任务的匹配性。在轨飞行验证表明，该带辅助支撑式太阳翼功能、性能良好，满足高展开刚度的特殊任务需求。     

复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法研究

本文以C/SiC螺栓为例,研究复合材料热结构连接刚度的试验分析方法。分析了常温下预紧力矩与螺栓轴向力之间的关系,考虑高温对预紧力的影响并给出了预紧力矩修正公式。针对高温条件下难以获得螺栓真实预紧力、从而影响对热结构连接刚度进行正确判断的难点,建立了一种在高温条件下通过动力学试验获取结构连接刚度的技术途径,并采用典型连接件开展了相关的试验研究。     

超弹性N形杆纯弯曲力矩理论建模和试验验证

为了使N形杆在空间结构中顺利展开,对其缠绕过程中的力学特性进行了分析。基于协变基向量法建立了纯弯曲条件下各向同性单片带簧在缠绕时应变能理论模型,并采用最小势能原理推导了弯矩的理论模型,然后通过拟合曲率推导了N形杆缠绕时的理论模型。研制了4根N形杆样件,并搭建了试验平台,使用数显式推拉力计分别对杆件在缠绕过程的拉力进行了5次测试,然后求出峰值力矩,发现试验值与理论值的偏差不大于8.83%,偏差平均值为2.813%,从而验证了理论模型的准确性。该研究可用来分析超弹性杆在纯弯曲状态下的峰值力矩,对超弹性杆在宇航空间中的应用具有重大意义。     

一种基于波形弹簧的空间驱动机构轴承预紧力研究

基于波形弹簧提出了一种针对空间驱动机构角接触轴承的预紧力方法；文中对波形弹簧进行了设计，对波形弹簧进行了常温、耐压后、高低温刚度试验，验证了波形弹簧刚度的稳定性；然后将波形弹簧安装在驱动机构中，使用压力传感器监测波形弹簧施加在轴承上的预紧力；最后将驱动机构连同波形弹簧、压力传感器进行了高低温试验。试验表明，该种方式对轴承施加的预紧力，在高低温条件下性能稳定，具备一定的工程可行性。     

气动加注阀阀杆断裂机理研究

研究了运载火箭用气动加注阀阀杆断裂机理。采用ABAQUS建立了阀门静态和冲击强度分析模型,分别得到了静态和冲击破坏模式,分析结果经过了试验验证。提出了结构改进措施,并进行了验证。     

常规高超声速风洞级间动态分离装置设计与应用

对于采用助推级和巡航级串联布局方式的高超声速飞行器,需研制风洞模型级间动态分离装置,对助推级和巡航级级间分离运动过程开展研究。中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所针对某常规高超声速风洞的动态分离装置进行了详细设计与分析,主要包括动态分离支撑结构设计、动态分离支撑与释放装置设计。利用有限元分析方法得到了支撑结构固有频率,评估分析了支撑结构性能。利用视觉测量系统对动态分离支撑与释放装置性能进行了评估,得到了撑开到闭合的运动轨迹及运行时间。在某常规高超声速风洞上开展了风洞模型级间动态分离试验。计算及试验结果表明:支撑结构固有频率、动态分离支撑与释放装置运行时间（78 ms）满足风洞试验需求。针对不同风洞具体情况进行适应性改造,动态分离支撑与释放装置可广泛应用于常规高超声速风洞模型级间动态分离试验。     

单向联轴器折叠弹簧设计方法（英文）

目前国内普遍采用的单向联轴器压紧机构为传统的圆柱弹簧，其结构复杂、装配难度大，且使用过程中易出现偏载，降低联轴器可靠性。为提高单项联轴器可制造性和寿命，本文提出一种折叠弹簧，采用卡式第二定理推导出其等效刚度理论计算公式，并建立了刚柔耦合有限元模型，对弹簧的压缩过程进行数值模拟，研究分析了其分段线性的刚度特性。提出了折叠弹簧参数化设计方法，在给定工作载荷和工作长度的情况下，以等刚度假设为前提，压缩长度、工作段占比和长厚比为约束条件，能够实现弹簧结构参数的快速优化设计。最后，研制了折叠弹簧样件，进行弹簧刚度试验，验证了理论模型、仿真模型及设计方法的正确性。     

液体火箭发动机公路运输响应分析与支撑方案优选

对发动机进行合理地支撑是防止液体火箭发动机在公路运输过程中出现损伤的重要措施。采用、通用有限元软件建立了发动机和支撑结构的三维有限元模型,通过动力学分析得到了系统的固有频率和振型及频域内的动力学响应特性。通过对支撑结构刚度和垫片阻尼进行优选,并添加辅助支撑结构,有效地降低了发动机加速度响应峰值。     

基于APDL的圆截面舱段楔块连接结构全接触分析技术研究

楔块连接以其连接可靠、装卸方便、空间利用率高等优点,广泛应用于圆截面舱段对接结构。楔块强度校核一般参照键联连接工程校核方法,但是需要先获取楔块传递载荷。采用有限元方法可以模拟楔块与舱体之间的复杂传力关系,更为全面地获得整体结构应力分布,但是由于接触面多,计算收敛性差。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了典型圆截面舱段楔块连接结构全接触分析命令流,对结构尺寸、公差配合间隙、预紧力等进行了详细设计。根据理论分析结果和工程应用经验,楔块连接结构全接触分析模型将正楔、反楔和直楔作为整体进行建模,而通过热载荷模拟楔块初始预紧力;在楔块、内舱体和外舱体之间建立两两接触关系,真实地反映了结构传力状态。在各独立楔块之间建立弹性连接结构,对弹性连接结构施加附加位移约束,有效解决了计算发散问题;同时通过调节弹性连接结构刚度,将附加约束对本体结构的影响减小到工程可接受程度。     

套筒式张线天平的研制

根据民机张线测力试验的特殊要求,研制了一台套筒结构形式的张线天平.详细介绍了该天平在研制中遇到的难点、关键技术的解决措施以及研制的结果.天平元件布置在φ58mm的外套筒上,内杆直径为φ44mm,外套筒和内杆通过楔块焊接在一起.法向力、俯仰力矩和滚转力矩为拉压变形,横向力和偏航力矩为“S”形变形,轴向力为弯曲变形,元件支撑部分受拉压变形且刚度较强.通过对天平进行有限元分析,在法向力和俯仰力矩作用下,得出的应变结果与实际输出基本吻合.风洞试验结果表明:天平设计合理,天平外套筒、内杆及张线支撑系统刚度好,天平各分量测量精度高.     

一种18脉冲隔离型变压整流器

多脉冲隔离型变压整流器因其具有结构简单、可靠性高、输入输出电气隔离、输入电流谐波小并可通过匝比变换实现自由变压变流等优势,在工业及航空领域有着广泛的应用。本文在传统的18脉冲自耦型变压整流器的基础上采用加原边三角形绕组的方式来构造18脉冲不对称式隔离型变压整流器,对其工作原理、输入电流特性和输出电压特性进行了详细的理论分析,并通过对变压器建立等效模型,着重讨论了变压器绕组等效电阻及交流侧漏感对输出电压外特性的影响,为进一步优化变压器设计提供了依据。在原理分析的基础上研制了1kW实验样机和200kW工程样机,并通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于AABB层次树的数字样机空间区域计算与搜索方法

为了准确地从复杂产品结构树上搜索大规模数字样机中特定空间区域的数字模型,开展关联设计和数字样机检查工作,避免复杂产品研制对高性能计算机的严重依赖,提出了产品数字样机区域划分方法.首先给出了数字样机区域层次树,然后设计了基于构建、更新和搜索AABB层次树的数字样机空间区域自动计算与搜索算法,最后将研究成果应用于某民用型机的研制.应用表明该方法大大提高了区域数字样机模型的加裁效率,缩短了数字样机的关联设计和协调周期.     

充气式天线抛物反射面展开的ABAQUS模拟

使用有限元方法研究空间充气式天线的抛物反射面的展开过程,并通过CATIA软件建立抛物反射面、支撑外环和拉杆的几何模型,再使用ABAQUS/CAE生成网格。利用ABAQUS软件中基于面的流体建模方法,修改inp文件建立有限元模型。模拟结果显示,网格的尺寸对展开结果影响明显。并分析了抛物反射面的展开过程、充气速率和充气量对展开结果的影响。     

激光自动准直型架安装机(B型)研制总结

研究和确定了安装机的总体方案。研究了低速自锁调整杆。探讨了调整杆的布局规律,提出了新的布局方案。研究了手调系统、激光自动准直系统、自动调平系统和多自由度光电传感器。对“无差”系统的静态准确度、计算机辅助稳定性分析、稳定性和静态准确度的矛盾进行了理论分析,得出了一些对研制工作有指导意义的结论,并在实践中进行了验证。样机在生产中试用、进行了鉴定并开始推广。     

整体中空夹层复合材料经向弯曲刚度的预测

提出了预测整体中空夹层复合材料经向弯曲刚度的理论方法。根据织物结构特点,运用夹层梁理论推导出纯弯曲时面板承担的弯矩占总弯矩的比例,在此基础上建立了材料宏观弯曲刚度和面板弯曲刚度的关系式,从而通过计算面板刚度以及相应结构参数预测了材料经向弯曲刚度,并研究了不同织造参数下弯曲刚度的变化。通过与实验值和理论预测值的对比,验证了理论预测方法的正确性。     

斜拉索在平面内的非线性固有振动特性分析

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该平方项影响的近似解析解,然后通过求解派生系统的特征值问题来分析拉索模态之间的耦合作用对拉索非线性动力学性质的影响,并与单模态振动分析结果进行了对比和验证。最后结合工程实例讨论分析了斜拉索重量、抗弯刚度、拉伸刚度、张力和倾斜角度对其非线性固有振动特性的影响。     

爆炸螺栓冲击载荷作用下的捕获系统力学性能研究

本文对爆炸螺栓冲击载荷作用下的捕获系统(包含捕获器、预紧螺栓)进行强刚度分析,研究捕获系统在不同预紧力矩/同一冲击载荷作用下的力学响应。结果表明,捕获系统在冲击载荷作用下,预紧螺栓、捕获器的力学性能响应随着拧紧力矩的变化而变化,在相同冲击载荷作用下,40N·m拧紧力矩下的捕获器冲击受力面的变形量比0N·m拧紧力矩要小,同时40N·m拧紧力矩下的预紧螺栓和捕获器根部应力水平也较0N·m拧紧力矩有所降低,局部区域已达到塑性变形,存在断裂风险。此次分析研究为后续结构优化提供一定的数据支撑,该技术成果可直接应用于火工品连接—分离结构系统,具有广泛应用价值。     

大型柔性结构自由频响地面试验方法

因诸如大型可展开天线等大型柔性空间结构的基频很低,很难通过现在广泛应用的低频悬吊方法来模拟其自由状态。为得到这类结构的自由频响,研究了一种方法:对待测结构施加弹性支撑,在分别获得整体与支撑结构频响后,通过后续处理去除支撑结构对待测结构的影响,进而得到待测结构自由状态的频响。数值与试验结果表明,这一方法是可行的,可以考虑进一步应用于实际工程结构。     

等边三角形网格加筋壳轴压承载研究

随着新一代中型运载火箭研制的开展,贮箱焊接筒段的精细化设计成为结构减重、火箭提高运载能力的关键。对比分析国内外主要液体火箭贮箱筒段的不同网格加筋形式,发现三角形网格对轴压承载有着显著优势。随即对三角形网格加筋金属壳体的轴压承载能力展开算法分析、有限元计算和全尺寸级破坏试验的研究,最终验证等刚度铺层计算方法正确可行。理论分析和试验结果均表明,相比传统的斜置正交网格形式,三角形网格拥有更高的结构效率。按照结构最优原则设计的等重量三角形网格圆筒的轴压承载能力高出斜置正交网格15.3%左右。采用三角形网格加筋可有效减轻贮箱结构的重量。     

管道机器人动力学分析

在分析了开链式拓扑结构的多节蠕动机器人结构和运动特点的基础上,利用空间算子代数(Spatial operator algebra,SOA)方法,建立了适用于这类机器人系统的通用动力学模型,为验证所建立的动力学模型的正确性,将原理样机运行试验和与动力学仿真分析结果进行了对比.在此基础上,利用该动力学模型,对样机结构的改进与优化,并对机器人运动学和动力学性能的影响进行了分析和评估,为机器人运动控制策略的拟定提供了重要的依据.