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。     

常规高超声速风洞级间动态分离装置设计与应用

对于采用助推级和巡航级串联布局方式的高超声速飞行器,需研制风洞模型级间动态分离装置,对助推级和巡航级级间分离运动过程开展研究。中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所针对某常规高超声速风洞的动态分离装置进行了详细设计与分析,主要包括动态分离支撑结构设计、动态分离支撑与释放装置设计。利用有限元分析方法得到了支撑结构固有频率,评估分析了支撑结构性能。利用视觉测量系统对动态分离支撑与释放装置性能进行了评估,得到了撑开到闭合的运动轨迹及运行时间。在某常规高超声速风洞上开展了风洞模型级间动态分离试验。计算及试验结果表明:支撑结构固有频率、动态分离支撑与释放装置运行时间（78 ms）满足风洞试验需求。针对不同风洞具体情况进行适应性改造,动态分离支撑与释放装置可广泛应用于常规高超声速风洞模型级间动态分离试验。     

圆形复合材料易碎盖定向分离

研究了复合材料易碎盖分离体定向抛出的策略。通过改变局部薄弱区搭接厚度和保持部分分离体与法兰边不刻断两种方式控制薄弱区强度,设计了4种不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖。对于薄弱区采用了可失效的弹塑性本构建立了不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖的有限元模型,并进行了冲破过程的数值仿真。根据数值仿真结果制作了其中两种结构形式的易碎盖并进行了模拟冲破试验。计算与试验结果表明了通过改变薄弱区的强度实现圆形复合材料易碎盖侧抛方案的可行性。     

气囊仿真分析在助推器分离试验中的应用

作为产品研制中一个重要标志性试验,助推器分离试验的意义重大。由于首次在大尺寸结构分离试验中使用缓冲气囊回收,为了确保试验的顺利完成,需要对回收过程进行详细的分析模拟。基于LS-dyna建立了回收过程的有限元模型,仿真得到了助推器与气囊相互作用的过程,并比较了助推器的截面载荷和尾段着陆速度。分析表明:气囊可以有效地减小尾段与地面的撞击速度,确保助推器在回收过程中不会发生破坏。按照气囊回收方案进行的助推分离试验圆满成功,助推器未发生破坏,验证了气囊仿真的正确性。     

响应板式爆炸冲击模拟装置试验仿真分析

根据响应板式爆炸冲击模拟装置的基本原理,介绍了在MSC．Patran中建立响应板式爆炸冲击模拟装置仿真模型,并利用MSC．Dytran求解器进行了分析计算的过程。通过在仿真模型中修改模拟装置的各个系统参数,如边界条件、初始条件、几何尺寸等参数,获取了这些参数变化对模拟装置模拟的冲击环境变化的规律,解决了如何灵活利用仿真分析的方法来指导试验调试的问题,大大减少了冲击试验调试的时间和提高了冲击试验的精度。     

SMB色谱分离过程简化模型辨识

在线性等温线条件下针对葡萄糖和果糖两组分SMB色谱分离过程,依据机理模型设计了恰当的仿真实验,基于MIMO-ARX模型类对其进行了简化模型辨识。根据模型验证结果,分析了不同样本数据和模型结构参数对模型精度的影响。获得的简化模型对机理模型的动态行为具有较好的逼近能力．对基于模型的控制器设计具有一定的指导意义。     

机载膜空气分离装置分离特性

机栽膜空气分离装置的用途就是提供飞机油箱惰性化技术所需要的富氮气体.本文通过在地面建立惰化系统模拟试验台,对国内某厂生产的膜机载空气分离装置展开了较为系统的理论分析及试验研究.研究结果表明:(1)输入空气压力、输出产品气流量和海拔高度(环境背压)均对膜装置的分离性能有着重要的影响,尤其在低海拔高度下,当输入空气压力较低、而输出产品气流量要求较大时,该影响更为显著;(2)无论在什么海拔高度条件下,环境温度对膜装置分离性能均有一定影响;(3)输入空气温度对膜装置分离性能的影响较小.文章指出:在实际情化系统设计中,需综合考虑输入空气压力、输出产品气流量、海拔高度和温度等因素,采取恰当的流量和浓度变化规律,才能满足飞机油箱在整个飞行时段内的惰化技术要求.     

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。     

逃逸飞行器应急分离动力学仿真

提出了基于MATLAB/Simulink的逃逸飞行器与运载火箭应急分离六自由度仿真方法,建立了其应急分离的数学与动力学模型,并应用MATLAB/Simulink的系统仿真功能,实现了逃逸飞行器在特定初始条件下与运载火箭分离的六自由度仿真。仿真结果表明:基于MATLAB/Simulink的逃逸飞行器与运载火箭应急分离六自由度仿真方法是可行的,通过对逃逸主发动机推力以及逃逸塔结构弹性变形的分析,可以为逃逸飞行器的方案设计提供参考。     

直升机旋翼磁流变阻尼器样件仿真和试验验证

基于一种线圈内置剪切阀式磁流变阻尼器结构,设计了一种全尺寸旋翼磁流变阻尼器结构,并将结构参数与磁路参数进行关联,提出了一种基于活塞组件结构的磁路结构参数仿真优化方法。基于改进的Bingham模型,建立了该全尺寸旋翼磁流变阻尼器参数化阻尼功计算模型。研制了全尺寸旋翼磁流变阻尼器样件,开展了性能试验与试验验证技术研究,研究了结构参数、运动参数、电流参数对阻尼器性能的影响。将试验结果与仿真计算结果进行了对比,仿真计算模型与试验模型的符合性较好,研制的旋翼磁流变阻尼器样件性能稳定。     

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

Optimization of Injection Molding Process of Bearing Stand Based on BP Network Method

The quality of injection plastic molded parts relates to precise geometry,smooth surface,strength,durability,and other indicators that are associated with the mold,materials,injection process,and service environment.The warpage is one of main defects of injection products,which cost much time and materials.In order to minimize warpage to ensure the precise shape of molded parts,it needs to combine design,service conditions,process parameters,material properties,and other factors in the design and manufacturing.Finite element tools and material database are used to analyze the occurrence of warpage,and analysis results contribute to the improvement and optimization of injection molding process of typical parts.To find the optimal process parameters in the solution space,experimental data are used to establish backpropagation(BP)network for predicting warpage of a bearing stand based on analysis with Moldflow.With a proper transfer function and the BP network architecture,results from the BP network method satisfiy the criteria of accuracy.The optimal solutions are searched in the BP network by the genetic algorithm with the finding that the optimization method based on the BP network is efficient.     

功率型NiMH动力电池组建模研究

选取合适的动力电池模型用于混合动力汽车控制策略设计和性能仿真.比较分析了基于等效电路的电压-内阻模型和PNGV动态模型,提出了基于测试数据的特性场模型.以功率型NiMH动力电池组为例,进行了模型参数的辨识.仿真结果与实验结果对比表明:特性场模型和PNGV动态模型具有相近的精度,但PNGV动态模型的精度与模型参数的辨识结果密切相关,电压-内阻模型简单适用于稳态仿真.     

数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究

针对传统接触式测试方法(如电测法等)在土木工程领域中的局限性,开展了数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法在该测试领域的应用研究.采用橡胶带的拉伸实验来验证DIC方法的测量精度,具体的实验测试内容包括:基于空域和频域相结合的混合相关法,开展了建筑膜材的双轴拉伸实验,测量了膜材的力学参数;基于仿射变换的相关迭代法,开展了钢管混凝土框架梁柱连接模型的转角测量与分析实验,测量了加强环式连接的弯矩转角关系;基于时间序列DIC和高速摄影成像技术,开展了自由振动状态下拉索模型的动力学参数识别的实验研究.实验结果验证了这一新型检测手段用于测试建筑材料及结构的力学性能的可靠性与精度.     

飞行进近中尾流的大涡数值模拟

尾流间隔是增大跑道容量的主要限制因素之一,为了在保持安全水平的前提下有效地增大跑道容量,应制定安全高效的尾流间隔.对尾流流场和尾涡消散物理过程的研究,是制定准确、恰当的空中交通中尾流间隔的重要理论依据.本文用大涡模拟方法对三雏机翼简化模型的尾流场进行了数值模拟.数值模拟的来流速度、迎角和定解条件等重要参教以航空器尾流事故高发的进近阶段为依据,计算结果验证了涡核的进裂消散、涡对的连接消散和涡对的下沉现象,发现了在涡对卷起之前的不对称性和Crow关联发生后涡对消散的不对称性,并分析了其原因.     

镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析

从形状记忆合金（ Ｓ Ｍ Ａ）的性能测试和智能材料与结构研究的角度出发，论述了 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的测试关系，并通过分阶段和不同的变量组合，对直径０．５ｍ ｍ 的 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝（ Ｎｉ４９．２％ ａｔ Ｔｉ）的基本驱动特性进行了系统的测试分析，测试内容主要集中于相变温度、自由状态下的最大回复应变、约束状态下的回复应力等。结果表明， Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝的应力应变温度关系呈现出高度的非线性，环境温度和外加应力是影响 Ｎｉ Ｔｉ丝性能的主要因素，外载荷将使相变温度升高；约束回复中，随着约束应变量的增大和温度的升高， Ｎｉ Ｔｉ丝的回复应力也增大。该测试结果为更好地监测和控制 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 的驱动行为、设计 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件提供了参考依据。     

1 000 MW超超临界锅炉结渣特性预测模型

根据1 000 MW超超临界锅炉的实际运行数据,对其结渣特性进行研究和分析。建立了基于煤灰特性的锅炉结渣特性预测模型,包括单一指标和综合指标的各预测模型,这些预测模型能简单、快速地预测锅炉的结渣特性。但对于锅炉燃用煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况,这类预测模型的准确性和可靠性将下降。同时根据锅炉运行时的实时监测数据,建立了基于炉膛清洁因子的炉膛结渣特性在线监测模型,通过炉膛出口后各受热面进出口蒸汽温度、流量,以及省煤器出口烟气温度等有关参数,利用反平衡法计算求得此时的炉膛出口烟气温度,然后求出炉膛的平均热有效性系数和炉膛清洁因子,最后根据清洁因子的大小来判断锅炉的结渣特性。该模型不仅能根据锅炉运行实时数据的采集,实现锅炉结渣特性的在线实时监测,而且能对煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况的锅炉结渣特性做出较准确的判别。     

采用ABC算法的关节机器人动力学参数辨识

实验辨识机器人动力学参数是获取基于模型的控制器参数的主要方式。针对一般方法仅能辨识线性动力学模型从而辨识精度不高的问题,提出采用人工蜂群(Artificial bee colony,ABC)算法辨识机器人动力学模型。通过Newton-Euler法建立关节型机器人的刚体动力学模型,并用低速动态特性更佳的非线性摩擦模型描述关节间摩擦特性,代替传统的库仑-黏性摩擦模型。优化辨识实验所用的激励轨迹,采集实验数据进行必要的预处理后,采用ABC算法辨识机器人动力学参数。结果表明,ABC算法能够精确辨识动力学参数,基于辨识结果的预测力矩抑制了误差峰值的出现。应用辨识结果设计基于模型的前馈控制器,实验结果表明基于模型的控制器能够提高轨迹跟踪精度。     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂，容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统，在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布，通过多孔材料内传热理论分析，基于现有EMT和ME1数学模型，利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值，验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

叶片前缘有气膜孔的冲击冷却研究

为了确定涡轮叶片前缘阵列射流冲击到穿孔靶面的传热特性,本文采用六个放大比例的模型,进行了一系列的实验研究。在广泛的实际有兴趣的参数组合范围内,分别对各种模型,获得了压力损失和N_u数与射流雷诺数的关系式。这些组合参数包括:射流雷诺数,叶片前缘曲率半径与孔径的比,射孔间距与孔径的比以及射流冲击间隙与孔径的比。并利用实验数据,分析了各项几何参数的影响。