基于超磁致伸缩材料新型转换器的仿真研究

超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大,输出力大,响应速度快,能量转换效率高等特点。利用超磁致伸缩材料研制了一种取代两级传统电液伺服阀力矩马达的新型电-机转换器,并建立了其数学模型及MATLAB仿真模型,通过仿真结果分析表明该转换器较传统力矩马达具有高频响、高响应等显著优点。     

阀门金属平膜片工作应力分析

基于有限元分析软件ABAQUS/Standard建立某保险阀中关键零件平膜片的3D模型,对平膜片在不同运动行程、厚度和安装预偏工况下的应力状态进行了分析,得出影响平膜片应力的主要因素,为阀门产品中平膜片的设计提供了理论指导。     

联轴器螺栓紧固件循环载荷作用下的应力分布

循环载荷作用下联轴器螺栓紧固件的应力状态对联轴器的失效分析具有重要意义。本文采用螺纹精确几何结构建模方法以及商用有限元软件ANSYS对联轴器的螺栓螺纹进行了有限元建模,对螺栓循环载荷作用下的自松弛进行了分析,并进一步分析了循环载荷作用下的螺栓头接触面应力分布及变化情况,通过试验进行对比验证。本文研究揭示了螺栓自松弛的原因及机理,为深入研究联轴器螺纹螺栓的预紧可靠性提供了参考。     

纤维金属层板层间应力理论模型及实验验证

探究并建立纤维金属层板中的金属与复合材料的热膨胀系数不匹配而导致的制件界面处产生的较大的层间应力的数学模型。首先通过控制简单非对称纤维金属层板三维各向尺度的变化,得到各向尺度变化对纤维金属层板层间应力的变化影响规律,并根据所得规律简化了纤维金属层板的力学结构模型。基于弹性力学和理论力学对设置的力学模型进行分析,得出了单向非对称铺层纤维金属层板层间应力的数学模型。然后通过分析非对称铺层与对称铺层制件之间的联系,将非对称铺层的纤维金属层板层间应力表达式推广到了标准对称铺层。光纤光栅传感器实测出的应力值与理论模型得出的应力值进行对比,最大误差不超过3.504%。验证了纤维金属层板层间应力理论模型的准确性。     

高速风洞投放试验弹射机构及试验研究

新一代战斗机超声速内埋武器投放需要进行分离安全性评估。针对内埋武器高速风洞投放试验的需求,设计了一套新型双气缸弹射机构。使用三维建模软件开展了弹射机构的结构设计。基于气缸无杆/有杆腔内压力方程、储气罐与无杆腔流量方程、有杆腔与大气相连的流量方程以及活塞驱动力方程等,建立了弹射过程的数学模型,并利用运动仿真软件对所设计的弹射机构进行仿真分析,验证了结构的合理性。设计了弹射机构伺服控制系统,利用电气伺服阀及相关控制元件实现对弹射机构的控制。在中国航天空气动力技术研究院FD-12风洞中开展了试验验证（马赫数1.5）。结果表明:当前后气缸压力不超过1.0 MPa时,载弹最大弹射速度可达5.68 m/s,满足设计要求与使用需求。     

带升力风扇飞翼布局飞机机翼开口处二维气动特性研究

带升力风扇飞翼布局飞机不仅可实现垂直/短距起降,还拥有飞翼布局飞机的气动优点。为获得开口对机翼气动特性的影响规律,对平飞状态下机翼开口中心处的纵向剖面进行气动仿真,分析升力系数、阻力系数和力矩系数随来流速度和迎角的改变而变化的特性。结果表明:在迎角一定的情况下,随着来流速度的增大,阻力系数和力矩系数呈上升趋势;来流速度一定时,随迎角加大,升力系数增大,阻力系数先减小后增大;力矩系数随之减小,且一直都产生低头力矩。研究结果对开口位置和形状的进一步优化提供了依据。     

基于滤波估计的线控转向路感规划

线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接,路面状况无法通过转向盘传递给驾驶员,路感需要模拟产生。为此对驾驶员理想转向盘力矩影响因素进行分析,基于汽车动力学模型,采用卡尔曼滤波方法对回正力矩进行估计,计算转向阻力矩,研究转向路感与车速、变传动比及侧向加速度的一般规律,提出基于滤波估计路感规划策略。仿真结果表明：路感模拟方法可以使得驾驶员获得良好的路面信息,提高汽车的操纵性和舒适性。     

弹性体表面覆盖层对冲击应力波的响应

本文研究了弹性体表面覆盖层对弹性体内部由于瞬态加载或者材料突然断裂等冲击因素所引起的应力波的动力响应问题。提出了一种对该类问题进行初步分析的简化模型,在此基础上建立了应力波场的分析方法,并借助于积分变换技术求得了问题的解析解。最后通过算例分析讨论了问题的两种特征参数对覆盖层位移响应及界面应力响应的影响规律。结果表明,本文所提出的模型及应大波场的分析方法对于初步研究覆盖层对冲击应力波响应问题的动态特征是有效的。     

整体构件数控电解加工数字化仿真技术

将基于UG平台动态装配技术的加工过程几何仿真与基于MATLAB平台有限元分析的成形规律仿真有机结合,实现了整体构件上复杂曲面、型腔数控电解加工过程的计算机仿真,用于加工试验前的加工过程干涉检查、阴极及其运动轨迹优化设计、优选加工参数及成形精度分析等,能有效缩短准备周期、减少试验次数。该技术已经应用于航空发动机关键零件加工准备过程,具有重要工程实用价值。     

含腐蚀坑点的管道剩余寿命研究

研究了节流孔板引起的压差对含腐蚀坑点的管道系统的影响.通过Flowmaster2[1]对含节流孔板管路系统进行整体流体特性分析,得到有关节点的压力脉动.利用ABAQUS对含节流孔板并在其前预设一个腐蚀坑点的管路系统中的一段直管进行有限元分析计算,获得腐蚀坑点的应力响应.提出了综合考虑腐蚀速度和应力疲劳的含腐蚀坑点管道剩余寿命预测方法.     

基于神经网络模型预测的水声对抗子母弹跌落冲击仿真

为了评估水声对抗子母弹在不同跌落冲击条件下的可靠性,应用LS-DYNA对母弹在不同跌落参数下的冲击响应进行了数值仿真研究。在有限元计算结果作为样本的条件下,运用BP神经网络模型建立了母弹跌落冲击影响参数与子弹应力峰值的非线性映射关系。结果表明:弹体各子结构在跌落高度、角度及跌落面条件下具有不同的冲击响应规律;母弹体头螺、壳体结构冲击变形较大,内部子弹冲击应力值变化幅度较小;网络模型较准确预测子弹的应力峰值,可极大地降低仿真次数,提高跌落测试效率。     

基于ANSYS的齿根应力和齿面变形的合理分析

根据齿轮啮合原理,准确求出复杂的齿廓曲线;采用MATALB—APDL混合建模方法,创建精确的齿轮有限元模型。在不同网格密度等级下,分别对齿轮的齿面变形、齿根应力分布进行分析。对照经验公式的计算结果,得出如下结论：在齿轮数值模拟中,由于有限元软件计算中舍入误差的存在,网格划分合理与否将直接影响仿真程度的高低;网格密度等级对齿面最大变形的仿真结果有较大影响,而对齿根应力影响甚微。     

叶片冷却的静叶时序对涡轮的性能影响

燃气轮机工作过程中上游叶片的尾迹会周期性地扫掠下游叶片,这使得下游叶栅通道内的流场呈现显著的非定常性。而时序效应作为一种典型的非定常流动现象,已受到国内外学者的广泛关注。本文研究双级气冷涡轮,利用全三维非定常数值仿真的方法分析了第1级与第2级静叶之间的时序位置对涡轮流量和效率的影响。计算结果表明处于不同时序位置下的涡轮第2级静叶叶身冷气流量的差异可达15.6%,涡轮41截面效率和热效率的波动幅值则分别达到了0.33%和0.26%。涡轮冷气流量的变化一定程度上影响了41截面效率,但时序位置对下游叶栅通道流动损失的影响才是造成涡轮效率差异的主要原因。     

TC4-DT钛合金不同热变形条件下流变应力

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究TC4-DT钛合金在温度850～1 000°C,应变速率0.01～10s-1,变形程度为70%条件下的热变形行为,分析流变应力行为及微观组织演变规律,建立并验证高温应力本构关系模型。结果表明,TC4-DT合金在950°C以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,在950°C以上高温度变形时,低应变速率(如.ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如.ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象;并验证试验合金高温变形时的流变应力规律服从Z参数的双曲对数函数形式,模型预测应力值与实测值之间的平均相对误差为2.23%。     

折叠翼无人机火箭助推发射过程影响因素分析与仿真

为深入分析无人机火箭助推发射过程,针对双发火箭在无人机机体上安装位置误差引起的额外力矩和无人机机翼展开时间对无人机飞行存在较大影响这一问题,本文建立无人机非线性模型和控制系统。采用变量法简单明确地进行分析,确定了安装位置误差的边界值和合适的机翼展开时间段。仿真结果表明,得到的边界值和展开时间段满足实际飞行要求。     

多喷流干扰级间热环境风洞试验研究

运载火箭级间热分离过程中,级间段受高温高压喷流的影响,所处环境恶劣,研究级间热环境中压力、温度和热流分布规律对级间段结构的优化具有重要意义.在(φ)1m高超声速风洞中,采用以微型固体火箭燃气为喷流介质的热喷流模拟技术,模拟了运载火箭二级主发动机和四个游动发动机同时工作多喷流干扰条件下的级间热环境,并对级间压力、温度和热流测量试验技术进行了研究,获得了不同级间距、不同排燃窗开口数量情况下的二级底封头和一级前封头表面的热流、温度及压力分布特性.试验结果表明,级间距越小,分离环境越恶劣,压力、温度、热流分布越不均匀;总排燃面积保持不变,排燃窗开口数量变化,对一级前封头上的压力、温度、热流影响不大,但对二级底封头影响较为明显,随着开口数量的减少,二级底封头上压力、温度、热流值均有所增大.本项试验采用同轴热电偶测量了级间区域的热流,热流结果精准度的提高以及热流模拟准则还需进一步探索和研究.     

变湍流度时翼型边界层及近场尾流的法向湍流特性初步试验研究

简述了湍流度对边界层及近场尾流时均特性和边界层转捩位置的影响,讨论了流向和法向湍流特性分布规律,并着重分析了湍流度对法向湍流特性的影响。结果表明,法向湍流强度及雷诺正应力沿流向分段性更为明显,且法向与流向湍流参量之比的特征值有一定规律性。     

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。     

基于DOE的某异型喷管结构优化减重研究

针对某异型喷管结构特点,采用实验设计(Design of experiment，DOE)中的全因子实验设计方法,建立优化数据模型，经过仿真计算和规律分析，最后使用多目标优化方法优化异型喷管结构参数,使其最大应力、最大变形及质量都取得合适值。此项研究选取异型喷管的三个主要构成因子——加强环高度、加强环厚度和喷管壁厚，经过分析这三个因子分别对该异型喷管的质量、最大应力和最大变形等响应目标的影响规律，从而得出传递函数，最终利用响应优化器求出最优解因子组合。该项研究得出：在保证强度使用要求的情况下，异型喷管的质量同比减轻24.45%。     

大型民机双作动筒式前轮转弯操纵系统设计与仿真分析

为了提高飞机起降性能,当前飞机起落架逐步发展为采用电传操纵技术。而为了满足对低速大转角机动和大转弯力矩的要求,现代大部分大型民机都装配了双作动筒式前轮转弯系统。本文以大型民机的双作动筒式电传前轮转弯操纵系统为研究对象,针对双作动筒式前轮转弯机构设计一种随动转阀式换向阀,以满足其在死点位置时液压源换向的要求;随后基于双作动筒式前轮转弯系统对操纵控制的要求,设计了集手轮低速大角度转弯、脚蹬快速小角度转弯以及减摆功能于一体的飞机前轮操纵电液伺服系统,并建立仿真模型,进行动态仿真分析,以检验系统的各项功能。仿真结果表明,系统能够满足工程使用的要求。