多随机变量的桁架结构系统的可靠性分析及优化设计

针对桁架结构系统，采用随机有限元法（SFEM）计算结构系统的响应量，考虑内力重新分配，建立失效模式的安全余量方程，用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标，用改进的分枝限界法，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，最后用PNET法计算出结构系统的失效概率，同时给出多随机变量的结构系统可靠度的敏度表达式，采用最佳矢量法，求解了大型桁架结构系统基于可靠性指标约束下的最小重量的优化设计问题，最后，给出了实际算例，计算结果表明；采用随机有限元法能更好地考虑结构系统的多个随机变量对系统可靠性产生的影响；所采用的可靠性分析方法和优化方法是有效的。     

高拱坝失效模式与失效概率

为克服高拱坝确定性安全评价中不考虑随机性、不进行风险分析的弊端,提出研究超静定结构高拱坝的失效模式、利用失效概率与失效风险值对高拱坝进行风险评价。在分析洪水、地震和材料老化等造成高拱坝失效原因的基础上,利用故障树分析法探索出高拱坝具有失稳溃坝、剪滑垮坝、超量开裂以及人为毁坝等4种主要失效模式;从产生载荷参数随机数、获取随机变量的分布规律和建立失效模式的状态函数等方面研究了高拱坝单个失效模式与系统失效概率的计算方法。计算了某高拱坝剪滑失效模式的失效概率。     

塑性动态断裂过程中梁的塑性铰转动因子的确定方法

运用理论分析方法和实测试验方法，探讨了梁在塑性动态断裂过程中，其塑性铰转动因子的变化规律，提出了断裂过程中塑性铰几何转动因子的概念及其确定方法，并以３点弯曲梁理论分析解为例，计算了梁在塑性动态断裂过程中，其塑性铰转动因子的变化规律。该计算结果与３点弯曲梁动态断理解实验实测相一致。理论分析进一步明确了梁的塑性铰转动因子具有几何与物理两种不同的本质含意，并可直接用于修正梁的塑性动态断裂的理论分析解。     

复合材料开口加筋壁板承载性能分析

为研究复合材料开口加筋壁板承载能力和失效模式,设计实施了壁板压缩试验,并基于复合材料层合板剪切理论和金属塑性硬化理论建立了复合材料开口加筋壁板有限元模型,研究了边界条件对壁板承载能力的影响,提出在加载边施加简支及铰弹簧约束,较好地模拟了壁板压缩失效过程。通过对比发现,压缩试验与仿真计算的失效模式均为壁板中部弯曲,对于开口附近位移结果光测试验和仿真计算误差小于6.3%。采用二维Hashin准则和最大应力准则分别评估了各铺层纤维损伤趋势和桁条塑性特征,并结合承力构件损伤程度分析了开口加筋壁板的压缩破坏机制。     

结构系统主要失效模式的枚举

结构系统可靠性是结构可靠性理论所要解决的主要问题之一，作为结构系统可靠性分析的关键，能否准确，高效地枚举结构系统的主要失效模式直接关系到分析结果的准确程度。从大量的文献中招集整理目前结构系统可靠性分析中所用的枚举系统主要失效模式的方法，并按它们所用的枚举策略和临别指标的不同，加以分类和评述。     

运载火箭薄壁加筋壳体的结构优化

本文讨论了运载火箭薄壁加筋壳体结构设计当前的技术状况。提出了一种结构设计的交互式计算机方法。这个方法可以考虑不同形状的加筋元件,在基本分析中考虑了处于失稳后状态蒙皮的有效刚度的影响,薄壁加筋条的弯扭耦合失稳以及塑性失稳。进而建立了一整套分析程序。为方便设计人员使用,采用了交互式计算机方法,它把求解非线性规划的“黑盒子”方法和人-机交互技术结合起来。编制了面向用户的结构优化程序。在优化模块中包括了把外惩罚函数概念和随机搜索相结合的混合方法及序列二次规划法。设计例题的计算结果表明了所提出方法的正确性。     

筒段边界对大直径贮箱椭球箱底的内压稳定性影响研究

基于薄膜理论得到的椭球箱底应力分布没有考虑筒段边界的影响,不能真实反映椭球箱底/筒段结构的应力状态。利用有限元方法得到大直径贮箱椭球底/筒段结构的临界失稳载荷及负应力分布,同时进行材料的线性和非线性稳定性计算,得到椭球底/筒段结构的弹性和塑性临界屈曲模数。研究结果表明:筒段边界对椭球箱底环向屈曲存在抑制作用,筒段边界的存在导致箱底弹性临界失稳载荷较理论值偏大22.5%,环向负应力区域会向箱底顶端方向偏移,最大值出现在箱底赤道线偏上;椭球底/筒段结构的弹性临界屈曲模数为1.52,较理论值1.414大7.5%;材料进入塑性后,塑性变形将有助于缓解椭球箱底/筒段结构的塑性屈曲,塑性临界屈曲模数将高于弹性临界屈曲模数。     

结构非线性分叉失稳的扰动策略研究

将四种经典稳定判别准则中的初始缺陷准则应用于非线性有限元分析,提出了研究非线性分叉失稳扰动策略的初始微小缺陷法,分析了初始微小缺陷法的基本思路、分析步骤和优缺点。对单元铰接穹顶结构、Williams肘形刚架和K 6型凯威特单层网壳的非线性分叉失稳现象进行了深入研究,并对Williams肘形刚架进行了稳定性试验。结果表明,初始微小缺陷法是可行的和正确的,同时也揭示了初始微小缺陷是实际结构存在非线性分叉失稳的真正原因。     

结构系统疲劳可靠性评估方法的研究

在考虑了工程结构承受疲劳载荷的各态历经性的基础上，结合了结构元件寿命随机分布形式和Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论，首先对元件在疲劳载荷作用下可靠性作了分析，给出了元件在不同疲劳载荷水平下可靠性参数的估算方法，并在此基础上对结构系统的疲劳可靠性进行了研究，找出其在疲劳载荷下的主要失效模式，从而提出了一种新的评估结构疲劳可靠性的方法。该方法通过对结构在服役过程中信息的分析，以风险值来评价并监控结构在不同时间失效的危险性，以便及时加以维修，从而最终保证结构的安全。最后用算例和试验结果进行了对比分析。     

基于对偶规划和可靠度的一种桁架结构优化方法

用结构分析的有限元法给出桁架元件的内力，并由计算机自动形成失效模式的安全余量方程，基于分枝限界法，提出了一种准确判认主要失效模式的新方法。用近似公式计算结构系统的可靠度，导出了结构系统可靠度的敏度分析表达式，采用对偶规划求解了结构系统可靠度为约束的最小重量设计问题，计算了若干例题，结果表明，本文提出了方法相当有效。     

旋翼／机体耦合动稳定性计算与试验的对比

采用带外伸量及弹性约束的当量铰桨叶模型，考虑了旋翼挥／摆结构耦合及动力入流非定常气动力，建立了悬停状态旋翼／机体耦合动稳定性分析方法，适用于星形柔性及无铰式等旋翼系统。分析时挥舞、摆振、机体运动及动力以均以复数变量表示。通过各自由度之间相互作用分析，揭示了动不稳定的机理及动力入流均以复数变量表示。     

刚架模型驱动网格曲面保特征变形

将刚架结构受力变形原理应用于网格曲面的变形设计中,提出一种新的曲面造型方法。通过建立与网格拓扑关系一致的刚架模型,运用刚架模型驱动网格曲面变形:即对刚架节点施加载荷或添加几何约束反算出刚架节点载荷,在载荷作用下刚架变形驱动网格曲面变形。针对几何约束变形问题,建立以节点位移为变量,由载荷最小和节点位移最小组成的目标函数,组合使用两种不同的最小化模型,实现不同的变形需求。在变形过程中,采用增大网格曲面特征区域所关联单元体弹性模量的方法,达到整体变形中局部形状特征的保持,避免了传统方法中繁琐的特征信息记录公式。实验结果表明,该变形方法直观方便,可以产生理想的变形效果。     

利用压电主动构件进行空间桁架结构的振动控制(英文)

主动控制是增强结构设计鲁棒性、提高结构性能的一种有效方法。本文利用在空间桁架结构内部配置的压电主动构件作为控制执行元件,进行了结构的主动阻尼控制实验,获得了较好的阻尼控制效果.首先设计了一种用于桁架结构控制中的压电堆式主动构件,并对其进行了实验研究,然后采用直接速度反馈控制策略,实现了结构的主动阻尼控制。文中还引入模态耗散能因子的概念,讨论了主动构件的优化配置问题.通过实验比较了空间桁架结构开环和闭环时的振动响应,说明了文中所述方法的有效性.     

舵面跨声速气动弹性特性实验装置设计与分析

根据国内现有跨声速风洞实验条件,采用仿真设计和传统设计相结合的方法,设计了可以进行舵面跨声速气动弹性特性研究的舵面模型两自由度柔性支撑实验装置.该实验装置主要由弹性元件、配重和舵面部分组成.调节弹性元件圆轴的直径和长度可以改变支撑的弯曲刚度和扭转刚度,在配重盘上增减配重可以改变系统的质量特性.通过对实验装置的结构动力建模,对不同配重状态下的装置进行了模态计算和分析,计算结果显示实验装置的前两阶模态分别为舵面沉浮模态和舵面扭转模态,结果表明实验装置的这种结构形式能够满足舵面相对刚性的假设,可以用于研究舵面弯扭耦合颤振问题.同时用PK(Panovsky-Kielb)法对舵面的风洞实验设计参考点的颤振临界速度进行了估算,计算的颤振结果满足现有风洞实验条件.     

摩擦体系结构分析和定量建模的熵探索

提出摩擦系统演化的3种基本形式。在非平衡态热力学熵平衡方程的框架下构造摩擦系统的数学模型．用熵产生表征摩擦磨损过程的各种现象。讨论了各因素的物理量纲及其统一到熵的途径。研究表明．用非平衡态热力学研究摩擦磨损有助于摩擦学的系统分析．熵产生可以定量表示摩擦磨损过程的所有因素——材料破坏、摩擦发热、摩擦化学反应以及摩擦相变等摩擦过程的物理化学变化。     

时域和频域子结构试验模态综合方法的统一性

讨论刊用子结构模态试验结果获取组合结构模态参数的试验模态综合技术。在子结构界面刚性连接的条件下，基于实模态理论导出了频响函数综合方法的模态坐标形式的综合方程。通过对不可测量的高阶漠态的频响函数展开式的近似分析，证明了时域试验模态综合方法和频域试验模态综合方法的内在统一性。分析表明：时域和频域试验模态综合过程的实现的关键问题是连接界面自由度的合理简化。     

多体系统结构动力学建模

在多体系统结构动力学建模方法研究中引入了柔性多体系统动力学空间算子代数和子结构综合分析方法,将多体系统划分为由铰链连接的部件或单一零件组成的子件,用有限元分析和模态分析方法求解各子件的模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵。再通过动力学空间算子代数,将各子件模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵递推到基础坐标下,构成整个系统的模态广义质量矩阵和模态刚度矩阵,以此建立整个多体系统结构动力学模型。同时,由于动力学空间算子代数运用了K a lm an滤波和B ryson-F raz ier平滑波技巧,在一定程度上消除了白噪声,在结构动力学运算过程中也避免了大量的重复计算,提高了数值精度。此建模方法是一种高效、高精度建模方法,它为多体系统结构动力学研究提供了一种新的建模方法。     

直升机双叶旋翼／旋翼轴系统耦合动稳定性分析和试验

研究了直升机双叶旋翼桨叶摆振与旋翼轴弯曲的耦合振动，分析了系统三个模态固有频率随转速增长的变化趋势。着重研究了耦合各模态中存在着不稳定区的模态，并讨论了桨右质量、旋摆振方向刚度、旋翼轴弯曲刚度对此模态不稳定区的影响。利用实物在组合台架上进行了试验，测量了旋翼，旋翼轴及其支持系统的动应变，找出了旋翼谐波激振力作用下的共振点，从而验证了上述分析结果。本文还通过改变系统参数，检验了系统固有频率的变化情况     

旋转型行波超声电机定子模态频率的一致性调节

从分析超声电机的工作机理出发,指出旋转型行波超声电机定子两相模态频率不一致影响超声电机旋转稳定性和输出效率。针对材料不均匀或加工误差引起的两相模态频率不一致的问题,利用结构摄动理论,通过求解定子的动力学方程,找到了调节两相模态频率一致性的方法。利用这一方法,以南京航空航天大学研制的某TRUM-60型超声电机为例,进行了AN SY S有限元计算,寻找合适的调节位置,并对两相模态频率不一致进行了调节,利用多普勒激光测振仪,对修改前后的定子的模态频率进行了测试,两相模态频率差从调节前的0.42kH z变为调节后的0.04 kH z。结果表明:这种方法对于调节定子两相模态频率的一致性是非常有效的。     

连接面刚度对于升力面动力学特性影响研究

折叠空气舵折叠机构以及舵轴处连接的设计对于折叠空气舵动力学特性有很大影响,基于折叠空气舵模态试验测得模态参数,对折叠空气舵进行动力学有限元建模以及校准,以此为基础,调整折叠机构以及舵轴与舵机的连接等多处连接刚度对应有限元模型参数,研究舵系统模态频率随各连接面刚度对应有限元模型参数调整的变化趋势,并得出具有参考意义的结论,用以指导折叠机构以及舵轴处连接等的结构优化设计。