面向天线板热变形的有限元模型修正方法

为满足卫星天线板的在轨热变形测量要求,需要建立精确有限元模型模拟天线板热变形过程。蜂窝夹层板作为天线板主体结构,在有限元建模过程中通常需要对其进行简化处理,导致有限元计算结果与实验测量值之间存在差异。针对上述问题,进行了高温环境下天线板结构的热变形实验,得到温度场分布与热变形位移矩阵。通过对温度场拟合得到有限元模型热载荷。在此基础上,提出了利用天线板有限元模型与实验模型面外位移测量矩阵的均方根误差作为修正目标,基于多岛遗传算法的有限元模型修正方法,对模型材料参数与边界条件进行修正。修正后有限元模型的预测精度得到了明显提高。     

新型传感器——声表面波位移传感器和声表面波加速度计

本文讨论了用声表面波(SAW)位移传感器进行微小位移测量的两种方法:一种是用两个石英基片来组成 SAW 延迟线振荡器进行位移测量;另一种是利用一个石英基片来组成 SAW 谐振器(SAWR)或延迟线振荡器来实现位移测量。这两种方法对于精密工业的位移测量及其可以转化为位移测量的其它物理参量的测量都是十分有用的。本文还介绍了两大类型的 SAW 加速度计:一种是以伸张应力效力为基础的 SAW加速度计,它的敏感元件发生的是伸张或压缩变形;另一种是以弯曲应力效应为基础的SAW加速度计,它的敏感元件发生的是弯曲变形。另外,本文还对 SAW 加速度计的性能进行了分析、讨论。     

转台不水平度误差对加速度计标定精度影响分析

捷联惯组中加速度计的标定通常采用转台来完成，而转台的不水平度会直接影响加速度计的标定精度。为量化不水平度误差带来的影响，本文从加速度计十二位置静态标定模型出发，理论推导出转台耦合不水平度与标定参数之间的关系;并通过仿真分析，发现不水平度对零偏、标度因素的影响较小，对安装误差系数的影响较大，为系数的超差现象分析提供参考依据。     

激光云纹法测定金属材料高温力学性能的误差分析

激光云纹测试技术成功用于金属材料的高温力学性能测定,零厚度金属光栅的栅线频率决定了试验的测量精度。论文探讨了温度和载荷对光栅栅线频率的影响,并计算出由此引起的测量误差:300℃下,温度热变形对铝合金测量引起的误差为0.84%,而载荷对铝合金测量引起的误差为0.17%;1 000℃下热变形对镍铬合金测量引起的误差为1.52%,而载荷引起的误差为0.34%,研究证实温度热变形是引起试验测量误差的主要因素,文章修正了材料在高温下力学性能的计算方法。     

刀具变形引起的球头铣刀加工误差建模

针对数控加工中刀具变形引起的加工误差问题,以球头刀具为研究对象,通过建立球头刀具铣削力模型和刀具受力引起的变形模型.对球头刀具变形引起的加工误差进行研究,建立球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测模型;在数控加工几何仿真和铣削力仿真的基础上开发了球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测功能,并集成到数控加工仿真系统中用于刀具变形引起的加工误差预测.加工验证实验表明所提出的球头铣刀刀具变形引起的加工误差模型预测的可靠性.     

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。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题，提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发，将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中，并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比，采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%，求解最大应力误差增加0.2%，求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上，有效提高运算速度。     

太阳翼地面展开实验过程的振动监测

本文介绍了使用石英加速度计对某型号卫星太阳翼地面展开实验过程的振动、冲击加速度进行的监测和对振动、冲击测试数据进行的剔除、换算、排序、分析等处理,给出了时域曲线和频谱,得到了太阳翼展开过程的振动、冲击状况,对于关心的力学参数(锁定力矩、冲击力、末点速度)进行了分析计算,同时测定了太阳翼展开时间,评估了太阳翼展开对太阳翼驱动机构的影响。     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中，温度变化范围大，容易在结构内部引发较大热应力，影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象，基于流固热耦合方法，采用多物理场数据交换接口MpCCI，联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent，建立扩散段的流固热耦合仿真模型，分析低温内流场的换热特性，计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现，流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果，能够准确反映低温风洞结构的热力学特性，可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

基于Virtual.Lab的燃油泵调节器结构的模态分析

在燃油泵调节器模态分析过程中,高集成装配体的模型简化和以螺钉连接为主的多种连接方式的有限元建模对分析结果的影响是一个难点。本文从实际工程应用角度出发,提出了关键子结构验证结合整体有限元建模的模态分析方法。首先,根据燃油泵调节器的结构特点对模型进行简化和网格处理;然后,开展了关键子结构壳体模态的仿真分析和实验测试,并在Virtual.Lab软件中对螺钉、密封圈、弹簧、紧配合和滑动配合等进行了连接方式的建模探索和多类型设置,解决了不同单元类型网格的过渡问题;在确保关键子结构有限元模型精度的前提下,最后开展了整体的有限元建模与模态特性研究,通过与实验结果的对比验证了仿真方法的可行性。结果表明:关键子结构法在处理复杂中小型结构装备的有限元分析上效果较佳,复杂结构有限元模型的连接处理方式不宜过多,否则求解不易收敛。多点约束法(Multipoint constraint method,MPC)能够高效处理非协调网格的过渡,适用小位移或变形的模型。     

基于ADAMS风洞柔壁喷管动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,联合ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件,对风洞柔壁喷管进行了动力学仿真,同时运用NASTRAN软件有限元分析了柔壁部件的非线性变形.比较两种计算结果发现,忽略柔壁变形的非线性,动力学仿真会存在较大误差.为此,采用分段线性化的方法,计入柔壁的非线性变形,改进柔壁喷管的动力学仿真模型.结果表明:改进后的动力学仿真准确度较高,可应用于柔壁喷管运动控制设计.最后,进一步分析了推杆驱动位移对柔壁结构强度的影响关系,为合理控制推杆驱动,确保柔壁无损伤提供必要的理论依据.     

0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计

低温风洞运行过程中，洞体回路承受的温度低且温度变化范围大，使结构产生较大的热变形和热应力，将影响风洞的气动性能和安全性。在进行0.3 m低温风洞结构设计时，通过合理选取风洞结构材料、采取驻室夹层内腔的气流换热和结构热变形释放等措施对结构热变形进行有效控制，并针对洞体回路的热变形和热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明，降温7200 s后，拐角导流片的温度降至约110 K，稳定段的法兰温度约为250 K，洞体回路的最大热应力出现在换热器驻室壳体上，约为110 MPa，安全系数大于1.8；洞体回路温度降至90 K时，长轴方向收缩约为29 mm，短轴方向收缩约为12 mm。通过低温风洞试验发现，仿真计算结果接近于实际的测量结果，调试试验结果验证了该风洞结构设计的可靠性。     

导弹强度试验中的多变量控制问题

在导弹结构静强度和热强度试验中,不可避免地要对结构进行多点加载和多域加热的实时控制。多点加载时通过结构弹性变形产生各加载点的载荷相互影响,多域加热时由于结构温区间的热传导产生各控温点温度的相互影响;多点加载多域加热同时作用时,产生结构上的载荷与温度问的相互影响,这些影响统称为耦合。为了保证实验正常进行,达到各加载点和控温点的控制精度,必须对载荷和温度进行多变量实时控制。本文针对部内某型号导弹强度试验设备研制中的热载多变量控制问题,作了比较详细的分析研讨,提出了载荷解耦控制、载荷广义协调解耦混合控制、载荷协调偏差控制、给定值为加载速度的载荷解耦控制及温度解耦复合控制等控制方案,对其控制原理、适用范围和设计方法作了全面论述,以期此文能对导弹强度试验的多变量控制研究有所促进。     

LIPS-300离子推力器栅极热变形特点实验分析

为探究LIPS-300离子推力器在工作过程中栅极热变形的规律与特点，设计了大气环境下离子推力器双栅极热变形实验，以一环形加热器模拟实际工作时的等离子体热源。实验研究发现:球面栅极在加热过程中急剧变形，同时屏栅变形量大于加速栅，导致栅极间距减小；在冷却过程中，双栅迅速回复变形，栅极间距同步回复。其次,研究发现栅极中心位移在加热过程中的峰值回落现象，与在冷却过程中的负位移现象，同时发现冷却速率对负位移的大小有着不容忽视的影响。为研究上述现象的起因，对栅极组件的径向位移进行了采集，发现栅极安装环的变形是其根本原因。在结构与温度的综合影响下，栅极安装环的变形相较球面栅极更为缓慢，而其受热膨胀会拉伸球面栅极，导致球面栅极中心拱高减小，中心位移峰值回落。     

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。     

欧拉-伯努利梁平面超大挠性变形问题变分法求解

对于欧拉-伯努利悬臂梁平面超大挠性变形问题,由于其复杂的非线性几何方程,以位移为基本变量进行求解时,通常只能采用如多重打靶、微分求积等数值方法求得梁上离散点的位移值。本文研究了欧拉-伯努利悬臂梁平面超大挠性变形问题变分法求解理论。通过假设多项式形式的梁的曲率试函数以及常数中心线应变,基于欧拉-伯努利悬臂梁的基本假设,推导出了相互耦合的位移函数的精确表达式,并基于变分法理论和三角函数级数展开,推导出欧拉-伯努利梁的非线性控制方程组。利用迭代法对非线性控制方程组中的未知参数进行求解,最终得到欧拉-伯努利悬臂梁的位移函数的解析表达式。利用有限元计算结果对提出的变分法求解理论进行验证,并分别计算了欧拉-伯努利悬臂梁在自由端集中力及位移约束情况下的大变形。算例表明,基于本文的变分法求解理论,利用6个未知参数,即能够精确预测欧拉-伯努利悬臂梁在自由端集中力及位移约束下的超大挠性变形,该研究成果为欧拉-伯努利悬臂梁的超大变形问题提供了新的求解方法。     

MEMS微惯性姿态系统的环境适应性优化设计技术

分析了MEMS微惯性姿态系统温度及载体运动等环境因素对MEMS惯性传感器的影响和姿态系统的关键技术;针对MEMS惯性器件的热环境优化,建立了基于有限元分析方法的热分析模型,仿真分析了散热设计方案,基于微惯性姿态系统样机,试验验证了散热设计的有效性;针对MEMS惯性传感器误差的强非线性特性,建立了全温范围分段线性误差补偿模型,改进了误差标定方法,有效提高了MEMS惯性器件的精度;分析了微惯性姿态组合算法的适用性条件,优化设计了基于载体飞行状态的微惯性姿态系统姿态滤波的约束条件。转台试验和飞行试验充分验证了环境适应性优化设计方法和结果的有效性,全程飞行条件下姿态误差优于2.5°,稳定飞行阶段姿态误差优于1°,该系统可满足姿态备份和微小型无人飞行器的应用需求。     

基于光纤光栅的编织复合材料多点热应变监测

为研究三维编织复合材料的热特性，本文利用编入编织复合材料结构的光纤Bragg光栅传感器来测量其内部多点热应变。为消除光栅自身温度受温度的影响，本文提出了用另一个自由状态光纤Bragg光栅对其进行温度补偿的方法。通过实验获得了编织复合材料的热应变与温度关系曲线。实验结果表明，碳纤维／环氧树脂三维编织复合材料结构的编织角较小时，在编织方向上的热膨胀率为负。     

三角带失效概率模型

通过失效物理分析，考虑了挠性传动件-三角带的受力和变形．剖析了其失效形式．根据其特殊的失效物理背景推导了数学模型，提出宜采用最弱环模型，大样本试验证实了上述分析。