带单侧裂纹楔梁动力特性研究

由于裂纹存在引起构件局部柔度的变化,本文用线弹性断裂力学理论导出裂纹所释放的应变能,由Ｃａｓｔｉｇｌｉａｎｏ 定理得出局部柔度矩阵诸元素,据此来修正楔形梁的刚度矩阵,借助梁有限单元法,求解带裂纹楔形梁的动力特性,并对裂纹相对深度、裂纹位置、梁的长宽比、宽厚比、厚度斜度等几何因素对固有频率的影响进行了数值研究和相应的振动响应试验     

带裂纹楔型梁动力特性研究

由于裂纹存在引起构件局部柔度的变化，本用线弹性断裂力学理论导出裂纹所释放的应变能。由Castigliano定理得出局部柔度矩阵诸元素，据此来修正楔形梁的刚度矩阵，借助梁有限单元法，求解带裂纹楔形梁的动力特性，并对裂纹相对深度，裂纹位置，梁的长宽比，宽厚比，厚度斜度等几何因素对固有频率的影响进行了数值研究和相应的振动响应试验。     

基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型

针对机械结构裂纹扩展预测问题，研究了基于模态频率下降率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型。设计了V型缺口梁的疲劳裂纹扩展实验系统，完成了4个试件的模态频率和裂纹扩展实验测试。基于实验结果，讨论了影响V型缺口梁裂纹扩展行为的因素，应用Pairs模型拟合了V型缺口梁的裂纹扩展速率方程，探讨了模态频率下降率与应力强度因子的关系。结合模态频率下降率与裂纹扩展长度及循环加载次数的关系，建立了基于模态频率下降率的裂纹扩展速率模型。结果表明，V型缺口梁的裂纹扩展速率随模态频率下降率增加单调递增，裂纹尖端的应力强度因子幅值也随模态频率下降率增加单调递增，基于模型预测的裂纹扩展速率与实验结果基本吻合。所提出的基于模态频率的裂纹扩展速率模型有助于梁的裂纹扩展监测。     

共振条件下的裂纹梁振动与裂纹扩展耦合分析

为了对裂纹静子叶片在共振激励下的损伤容限寿命潜力进行初步探索,采用接触有限元法研究了共振状态下裂纹梁的振动与疲劳裂纹扩展的耦合问题。裂纹梁采用二维平面应力单元离散,接触模型模拟呼吸裂纹开合过程中的弯曲刚度变化。振动分析中,分别使用解析法预估和瞬态响应扫频计算得到系统一阶共振频率。断裂力学参量在有限元法中使用线弹性断裂力学方法进行求解。耦合分析中,模拟了耦合现象中的两个典型问题——裂纹止裂和失稳扩展,通过在共振激励下扫描裂纹长度计算应力强度因子曲线,通过该曲线与断裂韧度、裂纹扩展门槛值对比判断裂纹扩展的稳定性、计算裂纹扩展寿命。最后使用耦合分析结论基于Campbell图对假设静子叶片进行了定性的共振分析。     

变截面旋转裂纹梁横向振动特性的研究

对损伤结构进行动力特性分析是进行无损检测的重要基础,而对于旋转梁结构的裂纹损伤动力特性研究,却鲜有文献涉及。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,对其横向振动特性进行研究,提出一种求解变截面旋转裂纹梁横向振动特性的新方法。首先利用扭转弹簧模拟裂纹效应,建立含裂纹梁局部柔度模型,然后采用Frobenius方法求解振动方程,得到方程的级数解析解,并研究裂纹位置和深度对振动频率的影响,分析不同损伤程度、不同转速工况下梁的前两阶固有频率变化情况。结果表明:本文方法是有效的,转速和损伤程度的变化并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用机理,对于变截面梁同样成立。     

表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析方法

基于弹性力学理论,建立了三维裂纹应力强度因子计算的混合边界元法基本理论和数值求解技术;针对表面裂纹疲劳扩展过程中,需要计算每个裂纹扩展步下的应力强度因子,从而需要重复计算大型非对称系数矩阵问题,提出了仅在初始裂纹状态下一次计算主控矩阵,对于随后的疲劳裂纹扩展,只需做非常小规模矩阵的计算,且以显式形式给出应力强度因子解而无需求解大型线性代数方程组的方法,大大提高了计算效率;针对疲劳裂纹扩展过程中,单元需要不断重新划分问题,由于混合边界元法中的主控矩阵与裂纹无关,故只需对裂纹表面单元进行重新划分,对半椭圆表面裂纹,由于将其映射到单位半圆上划分单元,而单位半圆上的单元在疲劳扩展过程中不变,从而通过映射关系自动重新划分裂纹表面单元。最后,通过若干算例和试验,考核了本文方法的精度和可靠性。本文的研究为工程结构表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析建立了理论基础和实现方法。     

一种改进的复合材料T型接头失效模拟

通过自定义本构关系和破坏准则的单元，建立了复合材料T型接头有限元模型，并模拟了承受面外拉伸载荷时接头的裂纹扩展和失效过程。分析结果显示相比使用已有的粘接单元，自定义单元能够更准确的模拟接头填充区域的裂纹扩展和最终失效形式。     

基于虚拟裂纹闭合法的铝合金疲劳裂纹扩展分析

基于虚拟裂纹闭合法,以Abaqus有限元软件为平台,编写了用户单元子程序,计算出不同裂纹扩展阶段的应变能释放率和裂纹尖端应力强度因子。结合Paris公式,建立了有限元裂纹扩展模型,可仿真再现疲劳裂纹扩展过程,预测裂纹扩展寿命,为损伤容限评估方法提供一种技术支持。     

含裂纹梁的动力特性

 本文研究了含裂纹梁的动力特性。首先,由应力强度因子积分得到含裂纹单元体的刚阵,继而提出了一种有限元方法。将该方法应用于单边裂纹悬臂梁,计算出不同裂纹长度与位置时梁的固有频率,结果与实验值吻合良好。最后,给出了一种确定裂纹位置的简捷方法。     

绝对节点坐标列式实体梁单元建模方法及应用

在多体系统动力学建模方法中,传统非等参梁单元的建模方法主要基于Euler-Bernoulli梁或Timoshenko梁理论,无法准确描述截面变形;而传统绝对节点坐标列式索梁单元虽然能够准确描述截面变形,但需引入额外描述及处理闭锁问题;与上述单元不同,绝对节点坐标列式实体单元可以通过节点坐标直接描述截面变形,避免单元变形带来的闭锁问题。本文在实体单元方法基础上,首次提出了考虑单元连续性条件和黏弹性阻尼模型的绝对节点坐标列式实体梁单元,并使用实体梁单元实现了对多体系统的建模。仿真结果表明,对比传统有限单元及绝对节点坐标列式单元,实体梁单元能够更好地表征柔性梁的非线性特性,满足大变形柔性计算的需求。     

一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

分析实体-壳体组合结构及抗拉压平板-平面梁组合结构的一类过渡元素

本文建立了一类过渡元素,它与同阶次标准等参数实体（或平面）元素及超参数壳体（或平面梁）元素配合协调,可用来处理实体-壳体及抗拉压平板-平面梁这样的非标准交接组合结构。叙述了建立这类过渡元素的一般方式。给出了2次过渡元素的公式系统。数值计算结果表明,这类过渡元素是十分有效的。     

复合材料加筋圆柱壳稳定性的非线性有限元分析

 本文应用全拉格朗日列式法,对具有纵、横向加筋的叠层圆柱壳进行了非线性有限元稳定性理论公式的推导及求解过程的探讨。文中应用Sander's壳体理论的几何非线性及横向剪切,推导了矩形壳元及与该壳元变形相协调的直梁元与曲梁元的刚度矩阵,编制了FORTRAN计算程序。计算了柱、曲拱、曲壳拱,碳纤维加筋圆柱壳均匀轴压下的前后屈曲。也可用于计算加筋筒壳的弯曲、压-弯及外压等情况。     

复合材料桨叶振动特性分析的一种新方法

 本文研究了复合材料桨叶振动特性的分析方法。基于连续介质力学理论,提出了一个新的等参曲梁单元,详细推导了梁上任意一点的形状函数,讨论了复杂翼型剖面的积分技术。算例表明,本文的计算结果与实验结果非常吻合。     

基于阵元激励幅度分档的赋形波束方向图综合

提出了一种新型的基于幅度分档的赋形波束方向图综合算法。该算法共分为3步。首先,使用传统方向图综合方法如交替投影得到波束的无幅值限制的阵元激励;然后,使用概率密度理论对得到的阵元激励幅度进行处理得到量化的阵元激励幅度,最后,通过量化阵元激励幅度,使用半正定松弛（SDR）方法得到阵元激励的相位分布。上述步骤中,如何使用概率密度理论得到量化的阵元激励幅度是3步中较为重要的一步。将阵元激励幅度用概率密度变量进行替代,通过事先设定的阵元激励幅度档位个数,以及每个阵元激励幅度落在相应档位时取值的概率,可以得到含有概率密度变量的综合方向图表达式。最小化含有概率密度变量的综合方向图与理想方向图的功率之差即可得到量化的阵元激励幅度。使用概率密度理论得到量化阵元激励幅度的优势在于,可以根据任意形状的阵面和阵元栅格排布来划分幅度的档位区间,从而有着更广泛的适用性。在例证部分,通过多组算例的仿真,以及与一些对算法性能的分析,所提算法验证了其在综合效果上的优越性。     

Beam-pointing error compensation method of phased array radar seeker with phantom-bit technology

A phased array radar seeker (PARS) must be able to effectively decouple body motion and accurately extract the line-of-sight (LOS) rate for target missile tracking.In this study,the real time two-channel beam pointing error (BPE) compensation method of PARS for LOS rate extraction is designed.The PARS discrete beam motion principium is analyzed,and the mathematical model of beam scanning control is finished.According to the principle of the antenna element shift phase,both the antenna element shift phase law and the causes of beam-pointing error under phantom-bit conditions are analyzed,and the effect of BPE caused by phantom-bit technology (PBT) on the extraction accuracy of the LOS rate is examined.A compensation method is given,which includes coordinate transforms,beam angle margin compensation,and detector dislocation angle calculation.When the method is used,the beam angle margin in the pitch and yaw directions is calculated to reduce the effect of the missile body disturbance and to improve LOS rate extraction precision by compensating for the detector dislocation angle.The simulation results validate the proposed method.     

复合材料开口结构参数化建模技术研究

基于MSC.Patran软件,运用PCL语言编写了参数化建模程序,实现了多种开口形式和加强形式的复合材料开口结构二维模型快速化、自动化建立。运用刚度等效原理将复合材料任意截面形式的筋条等效成各向同性矩形实心筋条,解决了目前有限元软件中没有提供复合材料一维梁单元的问题。结合复合材料开口结构刚度计算与优化设计实例,验证了建模方法的准确性与实用性。     

梁/液体耦合振动的边界积分对称列式法

 利用格林积分导出的液体内部扰动压力函数作为测试函数,通过变分得到一组具有对称系数的代数方程,将该方程同梁的有限元振动方程联立后,即可求解梁在液体中的耦合振动问题。本方法具有未知数目少,数据存储和计算效率高的特点。