复合材料层合壳体的稳定性计算

本文用有限元素法的位移模式求解复合材料层合壳体的稳定性问题。采用的元素是考虑横向剪切变形影响的 Mindlin 类八节点等参壳体单元.几何形状可以是轴对称的或非轴对称的,外力载荷也可以是轴对称的或非轴对称的分布载荷,同时还考虑了由内外温差引起的“热载”。计算程序用标准的 FORTRAN—Ⅳ语言编制。具有计算时间短、通用性强、使用方便等特点。在通过几个考核例题之后已能对实际壳体进行稳定性校核和设计计算,具有重要的应用价值.     

不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态。为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉（structured arbitrary Lagrange-Euler, S-ALE）算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律。结果表明：壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为“毫秒级”,但对壳体变形具有较大影响。入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形。航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量...     

固体火箭发动机壳体及喷管模态分析

发动机模态参数是检验发动机有限元动力模型、进行振动响应分析的基本数据.本文选用锥壳单元,介绍了轴对称旋转壳模态分析方法.计算了发动机壳体和喷管的固有频率和振型,并与实验结果进行了对比分析.     

用模态综合法分析发动机整机振动特性

本文试图把模态综合法与有限元素法相结合,对发动机转子——支承——机匣系统的整机振动特性进行分析。用状态空间广义模态综合法计算轴对称转子与机匣间的耦合振动,用复模态综合法计算非轴对称转子与机匣间的耦合振动。子结构分析采用有限元素法。转子采用具有粘性阻尼,考虑剪切变形的有限转子元素,用承受非轴对称载荷的截锥壳元素离散机匣。所编制的AROBEC程序可计算发动机整机系统的进动频率、临界转速、稳定性、不平衡响应及瞬态响应。目前该程序已实际应用于三种型号的发动机上,获得了满意效果。      

一种新型涡轮叶栅非轴对称端壁造型的数值研究

为探讨非轴对称端壁造型降低涡轮叶栅二次流损失的有效性,构建基于高压涡轮直列叶栅的非轴对称端壁气动优化设计方法,并用NUMECA／FineTurbo模块对优化后的结果和原涡轮叶栅分别进行流场计算。结果表明：非轴对称端壁造型使叶栅通道的总压损失系数面降低了2．84％;改变了通道内的叶片载荷分布,形成了叶型的载荷后置;改善了流场内的流动结构,使气流的流动变得更加通畅;延迟了通道涡的过早形成,减小了通道涡的强度和尺度。因此,非轴对称端壁造型可以有效地降低涡轮叶栅通道内的二次流损失。     

盘─鼓结构体─壳过渡元的“虚假应力”现象及改进方法

分析了体—壳过渡元中产生“虚假应力”现象的根本原因，给出了两种改进方法。方案一是在采用体元应力应变模型的基础上提出了一种单元内位移、应变及应力的直接修改方法；方案二是将采用壳体应变应力状态的三维体—壳过渡元推广到轴对称，给出了具体公式。通过几个算例将上述两种方法与改进前方法进行了比较，结果表明本文提出的两种方案均大大改善了轴对称问题体壳过渡元的“虚假应力”现象，相比之下，前者公式简单，更易于实现。     

Q235钢电机壳体拉深成形的数值模拟及应用

将具有多阶梯形、非轴对称等结构特点的典型筒形电机壳体零件的制造过程中可能出现的问题集中在设计阶段解决,以便快速经济地制造模具。同时分析毛坯形状、凸模圆角半径、压边力等参数变化对电机壳体零件成形质量影响,完成各参数优化,进而确定电机壳体零件的成形工艺。     

非轴对称端壁下高负荷压气机叶栅二次流动分析

探讨了高负荷压气机叶栅中应用非轴对称端壁的有效性.首先利用NUMECA/Design3D优化软件包来完成了对端壁的优化,然后推导并建立了高负荷压气机叶栅出口含全部掺混损失的二次流损失的计算方法,最后在设计攻角和非设计攻角下对轴对称端壁和非轴对称端壁结构的高负荷压气机叶栅内部及出口流场进行了详细的分析.分析结果表明:在设计攻角和非设计攻角下采用非轴对称端壁均能改变端壁附近载荷分布、降低叶片通道的二次流动损失;在设计攻角下使叶栅周向质量平均总压损失减少约为9.4%,在非设计攻角(±3°)下分别减损7.7%和11.8%;当非轴对称端壁幅值为4%叶高时,二次流动损失最小.      

微型固体脉冲推力器结构强度有限元分析

对用于飞行姿态控制和弹道修正的微型固体脉冲推力器的结构强度进行了动静态有限元分析, 考虑了脉冲推力器的结构设计特点和加工工艺, 模拟其台架静压试验和实际工作的载荷历程。数值分析结果表明, 当静态台架试验内压采用动压峰值时, 计算所得的结构应力、变形及其分布与模拟推力器实际工作过程的动态峰值应力、变形及分布具有较好的比拟性; 燃烧室壳壁沿平行其轴线方向的破裂以及燃烧室与点火器壳体螺纹连接处退刀槽根部的开裂是推力器结构强度的主要破坏形式。计算预示与台架试验出现的相符     

发动机机匣、支板系统结构动力分析

发展了在环向只能处理连续变量的常规有限条法。分析在环向由若干个离散分布的支板和支架支承的发动机机匣回转壳。各离散支板和支架回转壳刚度的贡献, 是通过支板和壳体连接处位移相等的变换, 将各支板的刚度阵叠加到回转壳的总体刚度阵上实现的。同时证明了位移在环向的Fourier级数展开式中, 只有n=0, n=1项对轴系的支承刚度有贡献。支板及支板附近的壳体的局部应力, 是由局部子结构空间板壳有限元分析得到, 该子结构的边界位移由整体的回转壳分析给出。算例表明, 本文提出的方法能有效地计算轴系的支承动刚度和壳体的局部应力。      

组合结构强度与稳定性计算

 本文用有限元素法和对于几何非线性结构问题的增量法求解组合结构强度与稳定性问题。结构元素包括杆元、平面梁元、空间梁元、平面三角板元、平面矩形板元和弯曲矩形板元等。粱与板杆之间的协调采用无限刚性元处理的方法。在用联立迭代法求解广义特征值问题时,可由随机数自动产生初始试验向量。文中还叙述了计算过程中的一些处理技巧,并给出了几个数值例子。 计算程序用标准的FORTRAN Ⅳ语言编制,具有计算时间短,通用性强,使用方便等特点。     

Reliability design optimization of composite structures based on PSO together with FEA

The present work aims to develop a method for reliability-based optimum design of composite structures. A procedure combining particle swarm optimization (PSO) and finite element analysis (FEA) has been proposed. Numerical examples for the reliability design optimization (RDO) of a laminate and a composite cylindrical shell are worked out to demonstrate the effectiveness of the method. Then a design for composite pressure vessels is studied. The advantages and necessity of RDO over the conventional equi-strength design are addressed. Examples show that the proposed method has good stability and is efficient in dealing with the probabilistic optimal design of composite structures. It may serve as an effective tool to optimize other complicated structures with uncertainties.     

面内弯曲载荷作用下两边简支两边固支复合材料层合板的屈曲

为扩充航空复合材料结构稳定性设计手段,基于Levy形式级数和有限差分法,提出了面内纯弯曲载荷作用下两边简支两边固支（SSCC）复合材料层合板临界屈曲载荷的数值解法。首先,应用有限差分法将挠度函数进行离散化处理;然后利用边界条件扩充方程组,最后将临界屈曲载荷的求解转化为广义特征值问题。通过数值算例分别在各向同性板和复合材料层合板上验证了本文方法,并与有限元方法（FEM）进行了比较。结果表明,本文方法具有很高的精度,为复合材料层合板的屈曲分析开辟了新的途径。     

考虑预应力和液体影响的圆柱壳颤振分析

 为了研究预应力和液体对圆柱壳颤振的影响,采用杂交元方法,建立了圆柱壳的气动弹性方程。由Sanders薄壳理论和经典有限元理论,从壳的精确解推导节点位移函数入手,并由一阶活塞理论得到结构的气动阻尼矩阵和刚度矩阵,最终推导出考虑预应力和内部液体影响的圆柱壳的混合有限元公式和气动弹性方程。通过特征值法验证了此种有限元方法的正确性,并重点研究了预应力和内部注有液体对圆柱壳稳定性的影响。计算结果表明:预应力和液体对圆柱壳的颤振特性有显著的影响。     

Analysis of nonlinear deformation and stability of oval cylindrical shells under combined loading by bending and torsion moments

A problem of geometrically nonlinear deformation and stability of cylindrical shells with noncircular cross-section contour is solved by the finite element method. The nonlinear system of algebraic equations to determine the nodal unknowns of finite elements is obtained with the use of the variational Lagrange principle. The system is solved by the method of successive loadings with the use of the Newton-Kantorovich method of linearization, the method of solving linear Craut’s equations and Sylvestor’s stability criterion. The nonlinear deformation and stability of shells with the oval and elliptical cross-sections under combined loading by bending and torsion moments are analyzed. The critical loads and buckling modes of shells are determined. The influence of deformation nonlinearity, shell ovality and ellipticity on the critical loads is clarified.     

大型结构的失效分析

用半模加虚元法计算大型结构元件的破坏问题,只限于对称的破坏型式,非对称的破坏分析,如用虚元法,必须建立全结构模型。本文旨在将结构的刚度变化问题,转化为力的变化问題,固定原有的结构刚度,用等效附加力来替代破坏元件的刚度效应,以达到用半模解大型结构元件非对称破坏问题的目的。     

Nonlinear deformation and stability of supported oval cylindrical shells under torsion and bending with internal pressure

A problem of geometrically nonlinear deformation and stability of supported cylindrical shells with the oval cross-section contour is solved by the finite element method. The nonlinear deformation and stability of shells under combined loading by bending, torsion moments, transverse force and internal pressure are analyzed. The critical loads and buckling modes of shells are determined. The influence of deformation nonlinearity and shell ovality on critical loads is clarified.     

复合材料“受力-抗噪声融合体”结构与动力响应研究

通过对复合材料“受力-抗噪声融合体”结构的分析,编制非线性动响应有限元程序进行计算和几种方案的试验,说明了在航空和民用工程中采用上述多功能复合材料结构可有效提高隔声、吸声性,降低结构重量,且可避免国内外传统的先生产飞机,后进行降噪补加工造成的增重,加工不便和较大的财力、人力、时间损失。     

航空发动机复合材料机匣屈曲特性的有限元分析

复合材料是60年代出现的一种性能优异的新型材料,目前复合材料在航空航天结构领域里已得到了一些的应用。本文利用线性板壳理论和线性屈曲模型,针对某航空发动机树脂基复合材料外涵道机匣构件及此材料层合板进行结构有限元建模与屈曲特性的有限元分析,以期为航空发动机的结构设计提供参考依据。