航天器双圆柱薄壳结构的承载实验及结构优化

双圆柱筒薄壳结构作为一种特别的结构形式,在航天器主结构承载方面有特殊应用需求。本文从实验目的、原理、多方案比较、数据分析、实验与仿真计算结果比对及优化设计等方面,对双圆柱筒薄壳结构的承载形式进行了实验研究。实验结果表明双圆柱筒薄壳结构可以有效实现联合承载,通过对有限元仿真结果与实验数据的对比,验证了有限元计算模型合理有效,基于该计算模型开展了双圆柱筒薄壳结构的优化设计,为其工程实际应用奠定了基础。     

小尺寸应变天平设计方法研究

φ0.3m高超声速低密度风洞测力试验模型尺寸小、天平载荷小、流场总温高,天平防热结构设计难,刚度要求和灵敏度要求矛盾突出,测力天平的研制难度大.采用数值仿真和风洞试验相结合的研究方法,对应用于该情况下的内式天平在温度影响和结构设计方面进行了研究.采用有限元方法对天平温度影响和结构应力分布做了详细分析,并对分析结果进行了风洞试验验证.结果表明:在实现天平结构优化设计及提高天平设计的准确性和可靠性方面,有限元分析设计方法是非常有效的技术途径.     

双级圆柱齿轮减速器虚拟样机建造研究

以虚拟样机理论为基础,以某型号双级圆柱齿轮减速器为分析对象,整合三维造型软件、系统分析软件和有限元分析软件,形成了齿轮减速器综合开发平台。该平台中,基于优化设计的齿轮自动建模方法具有通用性、实用性和独创性,并且可以与CAM/CAPP模块进行整合;优化设计数学模型适用于多种线形齿轮,具有通用性;样机的仿真结果与实际测量数据相吻合率达98%。该平台除了可以完成设计和系统分析外,还可以仿真实际使用环境,完成运动学、动力学和有限元分析,有实际的工程意义。     

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。     

球筛型火箭贮箱消能器结构设计及优化

本文针对某飞行器贮箱工作环境与减速增压需求,设计了球筛型火箭贮箱消能器,并对内部结构形式进行了优化改进。本文首先对高速气体经过消能器结构的减速过程进行了理论分析,理论分析的过程指导了有限体积法进行流场数值计算方法,利用实验验证了仿真分析方法的可靠性,使之成为消能器结构优化设计的依据。根据仿真分析与实验研究经验,提出了优化设计方案,最终结果表明,经过本文优化设计的消能器,在满足箱内空间要求的前提下,提高了减速效率。     

石英挠性加速度计热固耦合仿真分析

采用有限元仿真与物理实验相结合的方法,初步探索温度对石英挠性加速度计的热致变形误差影响规律,为提高其测量精度和工作稳定性奠定基础。根据石英挠性加速度计的结构特点和工作原理,建立有限元仿真模型,进行瞬态热仿真,得到石英挠性加速度计温度场分布;为检验热仿真结果的可靠性,设计物理实验测定石英挠性加速度计关键点的温度变化情况进行验证,结果表明在表壳内某点实验测试温度与该点仿真温度吻合较好。在此基础上,再进行热与变形耦合仿真,重点分析摆片组件变形对石英挠性加速度计标度因素的影响,为加速度计误差分析提供理论依据。     

某振动台大型转接夹具设计与振动特性计算分析

针对振动试验需求,对某振动台大型转接夹具进行设计及振动特性分析。夹具设计过程中,采用结构优化软件OPTISHAPE-TS进行优化设计,振动特性分析应用有限元软件Ansys开展。设计与分析结果表明,经优化设计的夹具,其振动特性自身满足设计要求;另一方面,当夹具与振动台动圈相连接组成动圈夹具整体结构后,整体结构的模态与夹具自身模态相比发生改变。研究结果对振动试验控制技术有所启示,并为类似夹具优化设计提供依据。     

基于MSC.Nastran/HyperWorks的薄壁圆筒隔框结构拓扑优化设计

薄壁加筋结构是航空航天领域常见的一种结构型式,这类结构的强度分析和优化设计广泛地受到关注。相比自行开发软件,合理地结合商业有限元软件的优势开展结构分析和优化设计更加简单实用,且易于飞机结构设计人员掌握。提出了一个基于MSC.Nastran和HyperWorks的完整的结构分析和优化设计流程。首先,在MSC.Nastran中进行整体结构的建模和分析,然后将隔框从整体结构中隔离出来,将MSC.Nastran分析得到的隔框边界节点的位移信息作为强制位移载荷施加给隔框,然后基于HyperWorks的优化模块对隔离出的隔框单独做优化分析和拓扑结构设计。该流程合理地结合了MSC.Nastran的结构分析功能和HyperWorks的优化功能,以薄壁圆筒隔框结构中隔框部分的拓扑优化为例详细说明了流程的全部细节,通过算例表明该结构分析和优化设计流程普遍适用于大型复杂结构的优化设计问题。     

基于VB和ANSYS的《材料力学仿真实验》系统

提出利用大型有限元分析软件ANSYS10.0开发材料力学仿真实验软件的设计思路,并给出具体开发方案,为材料力学仿真实验软件的开发探索一种新方法,对材料力学仿真实验教学进行有益尝试。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

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。     

电励磁双凸极无刷直流发电机电压纹波分析

在电励磁双凸极无刷直流发电机结构参数一定,电阻性负载的条件下,考虑到铁芯材料的非线性饱和特性,在二维有限元非线性分析的基础上,通过仿真定量地分析解释了励磁磁场不同时,12/8电励磁双凸极发电机相电压波形在120~180°变化的原因及变化规律,并分析了励磁磁场强弱及电枢反应对发电机输出直流电压纹波的影响及其非线性变化规律,经过实验验证了分析结果的正确性。分析所得结论为电机性能的优化设计提供了理论依据,并对励磁控制的优化具有指导作用。同时,对双凸极电动机控制方式的选择具有指导意义。     

基于动力特性的发动机支架设计方案对比分析

为满足高空变轨和射程要求,飞行器可以在末修级中增加发动机。发动机支架的作用便是为发动机提供安装平台,此支架在满足强度要求的同时,必须兼顾结构系统的动力学特性。本文针对上述典型的支架结构,利用有限元软件进行了仿真分析,讨论了几种可能的设计方案,并与振动试验结果进行了对比分析,对后续类似结构设计具有很好的指导作用。     

现浇楼板对RC框架结构动力特性影响的有限元分析

借助3D有限元软件,建立钢筋混凝土纯框架和带楼板框架两个空间结构数值模型,进行无阻尼自由振动分析得到各阶振型及周期值,由此探讨现浇板对框架结构动力特性的影响规律。带楼板框架结构基本周期模拟值与PKPM软件计算值十分接近,验证了计算模型的可靠性;纯框架和带楼板框架结构各阶振型、周期的对比表明,楼板导致结构低阶周期提高而高阶周期降低,对结构高阶振型的影响高于对低阶振型。基于分析结果,建议在实际工程结构设计中应充分考虑现浇板的作用。     

诱导轮有限元分析与应用

采用有限元软件建立诱导轮的有限元模型,通过模态试验对其进行修正与验证;对诱导轮进行应力分析与疲劳分析,为故障分析与结构改进提供依据。     

尾翼搭载固体火箭发动机壳体数值仿真及试验研究

针对导弹尾翼搭载于固体火箭发动机壳体上这一特殊结构,建立3D有限元模型,进行内压与外载荷联合强度仿真计算,用于指导尾翼接头附近的壳体局部结构设计。并开展了相同载荷下尾翼搭载发动机壳体结构的静力试验,通过仿真计算及静力试验结果的对比,表明仿真计算可以指导尾翼搭载发动机壳体的结构设计,且仿真计算结果与静力试验结果偏差为8.4%。     

基于网络的无人机实时仿真系统软件

提出一种基于C/S结构的UDP网络便携式无人机半实物实时仿真系统,设计了嵌入式实时仿真软件、仿真控制与显示软件、网络通信软件.在由飞行控制计算机实物、电动舵回路实物和实时仿真设备组成的无人机半实物实时仿真试验环境下,对所设计的仿真系统软件进行全过程实时飞行仿真试验验证.验证结果表明,所设计软件功能正确,性能满足设计指标.     

运载火箭惯组基座设计与优化

介绍了一种运载火箭惯组基座的优化设计过程。围绕该惯组基座的设计,在文中,给出了惯组基座等一类关键结构部件的优化设计流程,介绍了综合利用几种有限元分析软件与工程设计有机结合的设计手段,可供相关产品研制时参考。经过拓扑设计、工程设计与刚度分析等几轮工作,本文获得了一种惯组基座设计方案,作为一种新形式的惯组安装方式,可供未来类似结构的设计参考。     

稳压器安装支架动态特性分析

为了研究稳压器安装支架定频振动激励下的动态响应特性,以某型号稳压器振动试验用安装支架为研究对象,建立了支架及稳压器的有限元分析模型,通过模态分析获得了结构前六阶的固有频率及振型,对稳压器定频振动试验过程中支架的动态响应进行了分析。结果表明,低频基础激励时支架存在一定放大作用,而高频基础激励时支架能够起到一定的减振效果,试验验证表明有限元仿真结果与试验结果吻合较好。为阀门支架设计及振动环境下工装动态特性仿真提供参考。     

永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承原理分析与参数设计

针对混合型磁悬浮轴承功耗低、结构紧凑的特点,提出了一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁悬浮轴承。首先给出了该磁悬浮轴承的三维结构及其工作原理。在此基础上,提出了一种基于气隙磁通计算的参数设计方法。其中根据最大承载力所需的总磁通量,得到磁路中各关键截面处的磁通密度,以软磁材料内部磁场磁通密度不饱和为约束条件,以体积最小为优化目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该混合型轴向磁悬浮轴承各部分的结构参数。文中还利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性。