双层响应板式爆炸分离冲击环境模拟试验研究

爆炸分离冲击环境是航天器所经历的最严酷的力学环境之一,为了避免一些箭载仪器设备或者结构在飞行中损坏,因此需要进行爆炸分离冲击环境试验。针对高量级爆炸分离冲击试验设计难、影响试验结果因素多的特点,作者提出了基于机械撞击方式的双层板式爆炸分离冲击环境模拟方法,同时该方法也适用于火工品激励方式的爆炸冲击模拟试验。本研究中首先建立双层板式爆炸冲击环境模拟装置的有限元分析模型,采用Latin超立方的试验设计优化方法,确定试验样点,并进行撞击过程的计算模拟,然后对有限元模型中的关键参数进行优化设计,使获得的计算结果和试验结果的偏差最小。最后,用有限元模拟结果对优化的设计进行了验证,结果表明基于优化的计算模拟时间被大大压缩,其可实现冲击环境模拟试验的预测,对关键参数的处理方法可以用于其它类型试验的试验装置设计中,并可以大大提高了整个试验的准确性和效率。     

爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算

采用非线性有限元软件LS-DYNA，模拟剪切式爆炸螺栓中炸药爆炸及爆炸冲击波对爆炸螺栓盒中的冲击破坏作用，校核盒盖的动强度。计算结果表明，盒盖变形、破坏形式、压力峰值和脉宽都与试验结果吻合较好。根据对计算结果的分析，提出爆炸螺栓盒的三种改进办法，并通过分析计算确定了最佳方案。     

复合材料蜂窝夹层结构轴压载荷下总体屈曲计算研究

对两种芯层厚度的复合材料蜂窝夹层板进行轴压载荷下的稳定性试验,给出了试验件的屈曲载荷及破坏形式。分别采用四种工程方法及线性与非线性有限元方法对轴压载荷下蜂窝夹层板的屈曲破坏载荷进行计算,根据试验结果,对各类方法的计算结果进行了误差分析并给出了其使用建议。对文献[8]中的方法,因计算过程简单,易于程序化实现,推荐在型号设计中使用。     

工程分析中爆炸冲击载荷的计算方法

针对工程分析中爆炸冲击载荷计算的Conwep方法进行研究,根据爆炸冲击波传播特点,基于流动动力学数值模拟,总结和分析了爆炸冲击波从产生到传播的各个阶段中,压力、冲量、持续时间等影响参数的理论和经验公式,获得不同比例的入射压、反射压等冲击波参数,计算了Kingery和Bulmash经验模型参数,重构了爆炸波模型。并通过该方法对爆炸载荷作用下1050A-H14铝板的计算数据和试验结果进行了对比分析,验证了本文的ConWep算法的准确性,为工程分析爆炸冲击载荷计算提供了参考。     

典型爆炸螺栓承载能力研究

在一次整流罩倒锥段的联合静力试验中,Ⅲ象限爆炸螺栓在未达到1．5倍设计载荷作用下出现假品拉断现象。为了揭示爆炸螺栓破坏的内在机理,分别建立了整流罩倒锥段整体有限元模型及爆炸螺栓精细有限元模型,对试验及飞行状态进行了计算仿真,有限元仿真结果与理论分析结果一致性较好。研究结果合理解释了爆炸螺栓破坏的内在机理,对该类型爆炸螺栓的承载能力有了更深刻的认识,为爆炸螺栓结构及技术指标的改进提供了理论依据,在螺栓的选型及安装等方面为设计部门给予了技术支撑。     

复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。     

机载固体火箭发动机壳体吊耳加强结构强度计算与试验研究

针对某挂机用固体火箭发动机壳体吊耳加强结构,建立吊耳加强结构的有限元计算模型,在某严酷挂飞载荷条件下进行强度计算与分析,并开展了相应载荷下的发动机整机静力试验,通过有限元计算结果与静力试验结果的对比研究,验证了计算模型的可行性。最后,计算了另一严酷载荷下该结构的应力分布,论证了吊耳加强结构在机载条件下工作的可靠性。     

不同的力-时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响

本文以矩形悬臂板模拟真实叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。通过分组比较,分析了不同的力—时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响。本文得出的结论可供建立鸟撞击载荷模型时参考。     

含冲击损伤复合材料油箱口盖剩余强度研究

利用全程分析方法对冲击后复合材料油箱口盖进行剩余强度研究。该方法基于三维累积损伤理论,对于复合材料油箱口盖的冲击过程以及冲击后含损伤构件在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行数值分析。冲击模拟是显式求解过程,利用LS-DYNA完全重启动方法把显式求解得到的冲击变形及损伤数据传递到非线性静态剩余强度仿真模型中,以达到对于冲击后的损伤保留并进行轴向压缩模拟的目的。研究了冲击速度、冲击位置以及肋板位置对油箱口盖抗冲击性能的影响,并改变肋板位置对口盖结构进行耐冲击优化设计。计算结果表明外口盖对整体油箱口盖起到了防护作用。     

纤维增强复合材料层合结构的非线性热稳定性分析

考虑到纤维增强复合材料的弹性常数和热应变随温度变化的非线性关系，推导出复合材料层合结构在热载荷作用下大挠度的有限元列式和几何非线性屈曲分析的理论表达式，利用局部线性化，得到了既考虑几何非线性又考虑热非线性的屈曲方程，本文提出了一种实现双重非线性问题的计算方法，使该问题的工程计算成为可能。     

Dynamic Response of Falling Liquid Storage Container Under Transient Impact

The dynamic response performance of a large,cylindrical,fluid-filled steel container under high-speed impact is evaluated through fluid-structure interaction analysis using arbitrary Lagrange-Eulerian(ALE)method.The ALE method is adopted to accurately calculate the structural behavior induced by the internal liquid impact of the container.The stress and strain results obtained from the finite element analysis are in line with the experimental shell impact data.The influences of drop angle,drop height,and flow impact frequency are discussed.Calculation results indicate that the impact stress and damage of the container increase with drop height.However,the amplitude of the oscillation and the impact stress increase when the container and flow impact resonance occur at a certain drop height.The impact stress shows a nonlinear relationship with drop angle.     

反复荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的力学响应

对于预应力碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)筋高性能混凝土(High per-formance concrete,HPC)梁,建立了预应力CFRP筋的组合壳单元模型和GFRP筋的分层壳单元模型,结合相关准则研究了预应力CFRP筋HPC梁的几何非线性和材料非线性,分析了反复荷载作用下HPC梁的非线性力学响应。结果表明,单调荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的跨中挠度和CFRP筋应变的计算结果与试验数据均吻合良好,证明了所提出单元的有效性和研制程序的正确性;反复荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的受拉区配筋种类对HPC梁的力学响应具有显著影响,且梁体破坏时CFRP筋和GFRP筋均未达到相应的极限强度,所得结论供HPC梁设计参考。     

圆柱壳热应力的理论与实验研究

本文根据薄壳的经典理论,导出了在受有轴对称的多项式温度分布条件下,圆柱壳的位移、内力和热应力的理论公式。并以三次多项式温度分布为例,计算了三种边界条件(自由端、固支端、简支端)下,理论的和有限元的热应力曲线,对固支端进行了热应力实验,绘制了实验曲线。最后,对三种情况作了分析对比,结果表明,理论与有限元计算曲线相当吻合,计算与实验曲线分布趋势一致。     

Nonlinear Modeling and Identification of Structural Joint by Response Control Vibration Test

Components of mechanical product are assembled by structural joints,such as bolting,riveting,welding,etc. Structural joints introduce nonlinearity to some engineering structures,and the nonlinearity need to be modeled precisely. To meet serious quality requirements,it is necessary to detect and identify nonlinearity of mechanical products for structural optimization. Modal test to acquire a dynamic response has been applied for decades,which provides reliable results for finite element(FE)model updating. Here response control vibration test for identification of nonlinearity is presented. A nonlinear system can be regarded as linearity for particular steady state response,and classical linear analysis tool is applicable to extract modal data for particular response. First,its applicability is illustrated by some numerical simulations. Subsequently,it is implemented on experimental setup with structural joints by shaking table. The stiffness and damping function dependent of relative displacement are fitted to describe its inherent nonlinearity. The spring and damping forces are identified by harmonic balance method(HBM)to predict output response. Based on the identified results,the procedure is recommended that it allows a reliable measurement of nonlinearity with a certain accuracy.     

锥壳结构动态特性试验分析

为得到某锥壳构件的动态特性进行了模态试验,对得到的频响函数通过最小二乘复指数和多参考最小二乘复频域等方法进行模态参数识别,识别结果与有限元计算结果进行比较,得出了锥壳结构的动态特性,通过比较识别结果,说明了模态识别方法的适用性。     

鸟撞飞机风档非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型.比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比.对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善.最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考.     

考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。     

温度载荷对壁板动力学特性的影响

提出了一种新的结构热应力、热模态求解方法。采用多变量有限元方法进行几何非线性单元列式,将温度的影响转化成热载荷进行静力学非线性有限元分析得到结构内部热应力,然后计算受热应力影响的结构非线性热刚度矩阵。由热刚度矩阵和质量矩阵进行广义特征值分析得到结构的热模态及其模态频率。最后,给出了热屈曲的计算方法。针对典型壁板结构计算了热应力和热模态,计算结果与Nastran相差在10%以内,分析了热应力对壁板结构动力学特性的影响。     

旋转冲压发动机冲压转子动应力分析

本文采用机械系统动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合的办法,首先在ANSYS中得到冲压转子的柔性体,再导入到ADAMS中对旋转冲压发动机进行了刚柔混合体的动力学仿真,从而得到动载荷文件,最后再ANSYS中分析了其动应力的分布及变形情况,为冲压转子结构的进一步完善提供依据。同时,本文也证实了将ADAMS和ANSYS结合起来使用的可行性,使得仿真更加接近实际,分析结果更加合理。