ANSYS在风洞天平设计中的应用

用传统的材料力学方法设计应变天平时要作较大的简化。笔者应用有限元分析软件ANSYS对风洞天平进行结构计算,得到天平在各种载荷作用下的应变场和位移分布,从而计算得到天平各测量元件的应变值和刚度,最后将ANSYS计算的各载荷作用下的应变值与材料力学计算值作了比较。     

局部等应变梁天平元件的设计计算

在天平元件设计中,天平输出灵敏度与刚度的合理匹配是要解决的主要问题之一。对于某种结构型式的天平元件来说,元件结构尺寸是影响天平灵敏度与刚度的主要因素。天平元件结构尺寸参数较多,对天平性能的影响程度各有轻重。因此,采用传统的设计方法难以全面地分析和综合各尺寸参数对天平性能的相互影响,更难满足不同的性能指标要求。本文在天平元件传统设计方法的基础上,应用正交计算设计法最优化理论提出了局部等应变梁天平元件优化设计新方法。提高了天平元件应变变形比,改善了天平元件测量梁的应变分布,保证应变片各处感受到相同的应变,充分发挥了应变片的感应能力。     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

风洞实验应变天平元件优化设计

应用最优化理论对风洞实验应变天平元件结构尺寸优化设计的基本思想作了论述,提出了天平元件多变量优化设计新方法。该设计方法能够保证天平元件的灵敏度与刚度的匹配取得理想值,同时,克服了传统设计方法计算量大的缺点。对于初次从事天平元件设计的人员来说,只要对天平的工作原理和元件变形形式有所掌握,运用该设计方法即可用较快的速度获得最佳结构尺寸。一个实用的天平元件优化设计算法及实例对人们将有所带助。     

基于3D打印的风洞应变天平防护装置设计与应用

应变天平是风洞测力试验中的主要测量设备，对试验数据质量和运行效率具有重要影响。为了提高天平自身的防护性能，减少试验运行过程中的天平故障概率，提出了基于3D打印风洞应变天平防护装置的快速开发方法。分析了天平防护装置的需求，研究了3D打印天平防护装置的关键技术、设计因素与研制流程。开展了3D打印技术在设计优化验证和风洞试验天平防护装置研制2方面研究。分别设计了整体式水冷罩和组合式杆式天平防护装置。对于具有复杂内部结构的天平水冷罩，3D打印技术可以对设计优化结果进行验证评估。通过3D打印技术完成杆式天平防护装置研制，在风洞试验中对所使用的天平进行了防护应用。实际应用表明，防护装置可有效避免应变计及线路在校准、运输、模型装配和试验过程中损坏。相比传统机械加工，3D打印天平防护装置不仅能实现设计优化验证，而且可大幅降低加工周期和成本，促进了天平综合性能的提升。     

从“首届应变天平国际会议”看天平技术的发展动向

1996年10月在美国NASA的兰利中心召开了“首届应变天平国际会议”。东西方15个国家的主要空气动力研究机构派代表参加了会议。大会交流了45篇论文，这些论文的内容基本上代表了当代风洞天平、校准装置及模型姿态角测量等技术领域的最新成果。会议商定，“第二次应变天平国际会议”将于1999年在英国举行。会议分成九个专题交流：（1）设备综述；（2）风洞天子设计；（3）风洞天平应用；（4）特种天平；（5）测量、应变计与热效应；（6）自动校准装置及技术；（7）校准及数据处理；（8）天平精度和不确定度分析；（9）天平的有限元法分析与…     

ANSYS在压电天平设计中的应用

利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法，对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析，静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系，评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数；模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型，用于评估天平的频率响应特性；瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性，评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高，具有较好的分量间抗干扰能力，设计的天平频响较高，加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿，能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。     

假人空投试验六分量天平研究

依据救生伞假人空投试验中六分量应变天平的工作条件与载荷特点,确定了天平的设计载荷并完成了结构设计。针对实际应用中天平各种极限载荷情况,计算了天平各弹性元件的安全系数。对天平应力场进行了有限元分析,获取了天平整体应力分布状况。进一步对传统计算结果进行了验证,为天平结构设计提供了理论依据。     

横Π型梁在风洞应变天平阻力结构上的应用

主要通过对比传统T型梁和横Π型梁,对风洞应变天平的阻力测量梁进行了分析,根据分析结果提出了传统的横Π型阻力测量梁的改进方式,并通过有限元分析软件进行了优化分析,改进后的横Π型阻力测量梁降低了升力对阻力的干扰,并有利于提高天平阻力分量的稳定性。该测量梁结构应用到了某型飞机高速风洞试验测力天平上,天平静态校准结果与理论分析结果吻合,风洞试验时天平状态良好、性能稳定。     

基于柱梁的片式应变天平研制技术

在飞行器铰链力矩测力和部件测力风洞试验中，常采用片式应变天平测量。受模型结构限制，传统片式天平连接端刚度相对天平元件不足，测量精准度偏低。将片式天平元件分解为多个柱梁元件，通过多个柱梁元件组成一台新型结构的片式天平，可以有效提高片式天平的测量精准度。传统力学分析和有限元软件仿真分析结果均表明该方法具有可行性。基于该技术研制了验证天平，校准结果表明该技术具有很高的应用价值。目前该片式天平研制技术已在中国空气动力研究与发展中心高速所成功应用于多个试验项目。     

随机有限元方程一般式的两种推导方法

８０年代初发展起来的随限元法是解决随机问题强有力的数值分析工具，如随机动力学、随机场及结构强度的可靠性等等问题，本文从有限元基本方程出发，分别采用对有限元方程按Ｔａｙｌｏｒ级数展开和对有限元方程求偏导数等方法。推导了随机有限元基本方程的一般式，并用数学归纳法证明了上述两种方法推导结果的与等效性，本文研究表明，Ｔａｙｌｏｒ级数展开法推导，数学意义明确，但推导过程较为复杂；而按求偏导数法，数学意义不够     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

凸轮弹性连杆复合机构的动力学修改

本文以胶印机递纸机构为研究对象，该机构为一两自由度凸轮连杆复合机构。在建立该机构运动弹性动力学（ＫＥＤ）有限元分析模型和现场袂测固有频率的基础上，提出了一种利用实 固有频率数据修正复合机构有限元动力模型的方法。其基本思想是利用机构各个运动位置上的固有频率实测值与有限元模型的计算值之间的加权误差建立目标函数，然后利用优化方法使目标函数极小化，从而求出有限元模型参数的修正值。计算结果表明该方法是简便有     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

粘弹性结构动力响应的有限元分析

本文给出一种计算粘弹性结构动力响应的有限元方法，首先根据粘弹性理论导出增量形式的松弛型积分本构方程，然后由功原理导出粘弹性动力学有限元增量方程，最后用逐步积分法计算了３个算例，所得结果与文献结果十分吻合。     

A PARALLEL IMAGINARY EBE METHOD FOR SOLVING POSITIVE DEFINITE LINEAR SYSTEMS

ＡＰＡＲＡＬＬＥＬＩＭＡＧＩＮＡＲＹＥＢＥＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＯＬＶＩＮＧＰＯＳＩＴＩＶＥＤＥＦＩＮＩＴＥＬＩＮＥＡＲＳＹＳＴＥＭＳＰａｎＸｉａｏｓｕ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，ＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＭｅｃｈａｎｉｓ...     

基于有限元法的齿轮强度接触分析

基于有限元法的基本算理,利用有限元软件,从静态和动态两个方面对齿轮进行接触分析,计算出齿根的最大应力,通过与经验公式计算结果对比,有如下结论：1）基于有限元法的齿轮接触分析是切实可行的计算方法,静态和动态模拟数据均比较合理;2）动态接触计算模型计及了啮合过程中的冲击效应和摩擦的影响,相对于静态算法而言,能更为真实的模拟齿轮啮合的真实状况;3）静态接触模型能准确快速地模拟稳态运行状态下的齿轮强度。齿轮的接触强度的合理分析,对改善齿轮传动性能和提高齿轮设计制造水平有一定的意义。     

动力学有限元模型的模糊评估

由于结构动力学有限元模型的评估具有主观性,本文将模糊数学有关理论应用于动力学有限元模型的评估,提出了一种动力学有限元模型的一致性模糊综合评估方法。评估中将动力学模型计算振型、频率与试验结果相比较,通过建立模型的评判对象因素集、评价集和权重集,寻找隶属函数,构造模糊关系矩阵,完成有限元模型的模糊综合评估。该方法不仅能界定有限元模型是否可用,还能对多个模型进行排队选优。文中算例表明了该方法对单个模型评估准确,并能从多个模型中选出最优者。     

生物组织中光场分布的有限元分析

基于对脑组织多层结构特殊性的认识,将有限元方法应用到脑组织的光场分布模拟研究中,即通过区域划分和分片插值确定基函数,并根据变分原理推导了辐射传输方程在边界条件下的泛函,进而得到每个单元的特征式和整个场的联立方程式,可求解联立方程式得到光场分布的模拟结果.最后,进一步讨论了有限元方法的合理性选择问题,给出有限元方法的适用条件是吸收系数远小于散射系数的生物组织.将此方法和蒙特卡罗方法模拟的光场分布进行比较,结果表明,有限元方法对脑组织内的光场分布模拟相当精确,同时模拟所用的时间大大缩短.     

有限元频响分析中网格划分技术研究

阐述了利用有限元进行频响分析过程中存在的一个突出问题；简单介绍了波动理论的一些基本公式，并提出有限元频响分析时划分网格的参考标准；首先通过对简单结构(包括梁、矩形板)的有限元计算以及与解析解的对比初步验证了该方法的有效性，然后给出了两个工程算例的应用情况。