复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。     

火箭在地面风作用下的振动载荷识别

将地面风作用下的火箭作为一个非均质变截面梁，研究了非轴对称火箭的任意风向风振载荷识别问题。根据结构风振的特性，引入等效阻力系数和升力系数，利用风载荷作用下火箭的振动加速度或弯矩响应识别等效阻力和升力系数以及归一化随机载荷的功率谱。给出了等效阻力和升力系数与以往风载试验中使用的非定常阻力和升力弯矩系数的关系。     

复合材料加筋壁板灵敏度分析及优化设计

本文基于面内刚度系数和弯曲刚度系数建立了模拟复合材料层合板的等效刚度法,该方法充分考虑了层合板的面内刚度和弯曲刚度特性,与原始层合板具有相同的面内刚度和弯曲刚度。采用等效刚度法建立复合材料L型加筋壁板的有限元模型,基于二级优化策略对加筋壁板进行了以最小重量为目标的优化设计,其中一级优化是以铺层厚度和弯曲刚度系数为设计变量的重量最小化设计,二级优化则是调整铺层顺序,以满足最优化的弯曲刚度系数。在L型加筋壁板的优化设计中,首先通过实验设计对目标和约束进行了灵敏度分析,然后在此基础上对L型加筋壁板进行了以强度、刚度、稳定性等为约束条件的轻量化设计。     

周期分布压电纤维复合材料平面问题研究

为了探索压电纤维复合材料中局部应力场的分布规律和准确预测其有效刚度,基于复变函数理论和线性压电理论,得到了含周期分布压电纤维复合材料平面问题的半解析解。根据单胞内基体和夹杂所占区域的几何特点,分别给出复势函数的级数形式,这些复势函数在基体与夹杂的相邻界面上应满足连续性条件,在单胞的外边界应满足周期性边界条件和远场加载条件,从而确定复势函数中的待定系数,进而确定局部场,最后根据平均场理论给出了复合材料有效刚度和等效压电常数。结果表明:当基体模量大于压电夹杂模量时,电载荷对夹杂周围的局部应力场的影响是显著的,施加沿压电夹杂极化方向的正向电载荷有可能使基体与夹杂相邻界面上的最大等效应力位置相对于无电载或施加反向电载荷时发生90°改变;反之,电载荷对局部应力场几乎没有影响。由于微观结构的对称性,使得复合材料宏观上沿两个对称轴方向具有相同的刚度。同时还发现等效压电系数对基体模量非常敏感。     

基于压弯刚度匹配论则的复合材料加筋板结构优化设计

提出一种评估加筋板承载效率的量化方法,用于初步实现复合材料加筋板中加强筋布局与尺寸的优化.讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式对于复合材料加筋板临界失稳载荷的影响.将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为评判结构承载效率的指标,构建了一种以压缩、弯曲刚度系数作为设计变量并反映结构效率的代理模型,避免了局部最优点的出现,更利于数值寻优.通过一种典型复合材料加筋板的有限元分析验证,发现压-弯刚度匹配模式与结构效率之间存在明显关系.优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致,从而验证了基于承载效率以及结构总体刚度匹配关系的优化方法的可行性.     

航天运载器局部连接刚度对振型斜率的影响

振型斜率一直是姿态控制系统关心的首要问题。通过等效梁模型结合局部三维有限元精细模型的混合建模的方法,研究了结构局部刚度变化对惯性部件安装位置振型斜率的影响。基于模态分析,在多种工况下提取了振型与惯性部件的振型斜率并进行对比研究,讨论了舱体开口加强圈梁刚度变化、载体十字梁截面变化、连接固定支座刚度变化以及壳体壁厚变化对振型斜率的影响,为航天运载器结构动力学模型简化与姿态控制系统相关结构设计提供了参考依据。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法，考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响，建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法，对动力学方程进行了数值求解；通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型，分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时，轴承的支承刚度会产生4%左右的波动，输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%；支承刚度的时变性使得系统的非线性增强，稳定性变差；支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大，对并车级动载系数影响较小。     

应用分解刚度法分析金属点阵夹芯板屈曲问题

基于Ressiner夹层板理论,采用分解刚度法对四边简支点阵夹芯板承受面内压缩荷载时的屈曲问题进行了分析。将点阵夹芯均匀等效为连续体,假定夹芯只提供抗剪切刚度,面板只提供抗弯刚度,基于能量原理得到了屈曲临界载荷系数。将分解刚度法和胡海昌法得到的结果进行了对比。分别针对合金钢、铸钢和铝合金三种材料夹芯进行了临界载荷系数计算。讨论了点阵胞元构型、夹芯杆倾斜角度和面板厚度对屈曲临界载荷的影响规律。     

蜂窝夹层结构等效动力学建模方法对比研究

轻质蜂窝夹层板的构造较为复杂,其芯层由大量的蜂窝胞元组成,且蜂窝壁较薄,进行动力学分析时,通常需要利用等效方法对蜂窝夹层板进行简化,来建立有效的蜂窝壁板结构动力学模型,以实现高效率高精度的动特性预测。本文针对3种常用的蜂窝夹层结构动力学等效简化方法:三明治夹心板法、Hoff等刚度法和改进Allen法,采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法进行对比研究,研究了三种简化建模方法的特点和建模适用性,寻求最优的适用于蜂窝夹层结构的动力学等效建模方法。     

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。     

直－九直升机地面共振当量模型及稳定性分析

本文推导了直升机地面共振当量模型中的当量质量、当量刚度与当量阻尼的计算公式，分析了机体动力特性及其主要影响因素，并运用当量地面共振二维模型计算了直一九直升机旋翼／机体耦合地面共振稳定性。在此基础上分析了机体阻尼与旋翼阻尼各自对直－九直升机地面共振稳定性的影响。计算与分析结果表明，未国产化的直－九直升机在使用范围内不会发生地面共振，这与直一九宜升机实际使用情况相符合。所用计算模型及计算机程序可直接用于直－九直升机国产化中地面共振稳定性分析。     

三维弹塑性缺口问题的应变等效法

通过对三维应力约束下含中心圆孔的双向拉伸板进行弹塑性理论分析,提出线弹性等效应变解与弹塑性等效应变解之间存在的内在关系,弹塑性等效应变解可以由线弹性解通过简单的变理代换得到。利用二维和三维弹塑性有限元分析证实,在一般制品几何情况下,本文提出的应变等效法比著名的Neuber法和等效应变能密度法具有更高的精度和适应能力,并且可经给出弹塑性全场解,对不同缺口形状,不同材料,不同载荷情况具有通用性,可以作为有限元法的补充,为结构的细节设计和寿命分析提供了高效的工程方法。     

复合材料旋翼桨叶剖面扭转刚度计算

本文对Krahula,J.L.等人提出的“圣维南扭转的有限元解”作了合理的改进,使改进后的公式能很方便地编成计算程序,作复合材料旋翼桨叶的扭转刚度计算。还应用改进后的公式计算了两种型号直升机旅翼桨叶的扭转刚度,计算值和试验值有很好的一致性。     

楼板对高层钢框架-R.C剪力墙结构性能的影响

针对结构中的钢框架,采用稳定函数单元模型、空间屈服面方程及塑性流动法则,建立了钢框架结构节点的弹塑性增量平衡方程;针对结构中的楼板,应用相互耦合的三角形平面应力单元与三角形薄板弯曲单元,构建了楼板节点的弹性增量平衡方程;针对结构中的钢筋混凝土剪力墙,利用等效梁单元模型,采用一种简化的刚度法,得到了钢筋混凝土剪力墙结构节点的弹塑性增量平衡方程。经过组合,求得混合结构节点整体的弹塑性增量平衡方程。最后,通过数值算例,得到了该类结构中外钢框架的作用随着楼板厚度的增加而加大的结论。     

Analysis for Transmission of Composite Structure with Graphene Using Equivalent Circuit Model

A simple analytical method is presented to analyze the transmission of electromagnetic plane waves through multilayer stacked composite two-dimensional （2D） structures at microwave frequencies. Unlike the traditional structure, high impedance surface with graphene sheet is proposed. The structure includes graphene and thin metal patches and meshes. Simple analytical formulas are introduced for the surface impedance of graphene and for the grid impedance of electrically dense arrays of metal square patches or strips. The result of transmission proper- ties is based on the dynamic tunable model of the high impedance surface, which considers the surface conductivity of graphene layer. The transmission coefficient obtained by using the equivalent circuit method is validated against full-wave numerical simulations. The considered equivalent circuit method can be useful in the design of graphene tunable planar devices.     

基于全场等效损伤测试的累积损伤模型

材料LY12CZ在固定的一组循环数下，对其中每一预定循环数进行不同应力水平的疲劳试验，并测出材料的韧性变化率，以此为损伤变量得到该组循环数下损伤量与交变应力水平关系的曲线族，该曲线族可以转换成相同损伤量下交变应力与循环数关系的等效损伤线族，通过对材料LY12CZ等效损伤线族测试和分析，给出损伤线族方程表达式，由此得到的损伤累积模型可以计算复杂加载下材料的剩余寿命，多级加载实验结果与测试值较好符合。     

循环加载与随机加载对疲劳损伤等效性的研究

两种不同性质的载荷对疲劳损伤来说应采用完全不同的分析方法，但是从总的损伤累积效应来看，两类载荷作用的效果是相同的，就是使构件最终破坏。由此可见，两种载荷对损伤累积来说存在一定的内在关系。从损伤等效这一概念出发，导出了循环加载与随机加载对损伤的等效性关系，并给出了数值算法。     

湍流条件下防热瓦缝隙热环境特性实验研究

在激波风洞中马赫数6.1、雷诺数6.2×107/m 的流场条件下,基于平板模型开展了防热瓦缝隙热流测量实验,研究了湍流平板边界层情况下 T 字和十字2种布局缝隙的缝壁热流分布,以及流向角、缝隙宽度、缝隙深度和缝口台阶高度的变化对缝隙热环境的影响。结果表明,缝口边缘特别是 T 字口迎风壁存在很高的局部热流,测量峰值达到11.6倍平板值,流向角为30°~60°时2种布局缝隙的热环境相对较好,缝壁及缝底热流随缝隙宽度和缝口台阶增大而升高。     

等离子体激励低速分离流动控制实验研究

通过风洞流动显示实验,研究了等离子体激励低速条件下对平板表面分离剪切层的控制特性.结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制平板上的流动分离,实现流动的完全再附.在大迎角下可以显著减小平板完全分离后分离区的宽度.对比五种不同电极的实验,发现对于给定的输入电压及频率,负极宽度越宽,电极内侧正向间距越宽,其流动控制效果越好.最后通过改变发烟钢丝的位置和来流状况,证明了等离子体对周围流场的吸附和加速作用,对等离子体激励控制流动分离的机理进行了分析.     

Effect of Friction on Dynamic Response of A Power Split Transmission System

The tooth surface friction stiffness and friction torque coefficient equations of cylindrical gear are derived.On the basis of factors such as time-varying friction coefficient and mesh stiffness,support stiffness,torsional stiffness and comprehensive error,the dynamic equations of the gear trains with bending-torsional coupling are established.Using the Fourier series method,the total response of the system is obtained,and the influence of friction on it is analyzed. The results show that when the spur gear enters the meshing,the frictional amplitude of the tooth surface is larger than that of the gear when it is withdrawn from engagement,and the meshing force fluctuates greatly. The frictional force and dynamic meshing force of the herringbone gear tooth surface are relatively stable,and the fluctuation amplitude is much smaller than that of the spur gear. The amplitude of the bearing vibration is not affected by the friction,but the friction has a certain influence on the bearing force of the output shaft. The first-order natural frequency of the split stage and the power confluence stage has a large influence on the vibration of the bearing force.In general,the natural frequency of the power confluence stage has a large proportion of influence.