轴压下圆柱加筋壳的热屈曲

圆柱加筋壳轴压和温度载荷下的稳定性是高速航天结构设计和安全评估中的关键问题。本文针对简支边界条件下纵横加筋圆柱壳在轴压和温度载荷联合作用下的屈曲问题进行了理论分析,考虑了加筋条的偏心效应以及材料属性的温度相关性,给出了临界屈曲载荷和温度载荷的解析表达式。测试算例验证了本文结果的可靠性,本文结果为研究各种几何和材料参数对轴压纵横加筋圆柱壳屈曲载荷的影响以及结构优化设计提供了重要的理论参考。     

等边三角形网格加筋壳轴压承载研究

随着新一代中型运载火箭研制的开展,贮箱焊接筒段的精细化设计成为结构减重、火箭提高运载能力的关键。对比分析国内外主要液体火箭贮箱筒段的不同网格加筋形式,发现三角形网格对轴压承载有着显著优势。随即对三角形网格加筋金属壳体的轴压承载能力展开算法分析、有限元计算和全尺寸级破坏试验的研究,最终验证等刚度铺层计算方法正确可行。理论分析和试验结果均表明,相比传统的斜置正交网格形式,三角形网格拥有更高的结构效率。按照结构最优原则设计的等重量三角形网格圆筒的轴压承载能力高出斜置正交网格15.3%左右。采用三角形网格加筋可有效减轻贮箱结构的重量。     

考虑筋条扭转弹性支持的轴压复合材料加筋板局部屈曲分析方法

考虑筋条的扭转弹性支持作用,采用里兹能量法建立了轴压复合材料加筋壁板蒙皮局部屈曲问题的理论模型。考虑筋条下缘条对蒙皮的影响,对该理论模型提出了一种改进计算方法。对典型复合材料加筋平板轴压局部失稳临界载荷进行算例分析,通过理论分析结果、试验结果和有限元仿真结果的比较,验证了本文方法的合理性。同时实验结果表明,采用本文方法可显著提高蒙皮局部屈曲载荷计算结果的精度。本文方法可用于复合材料加筋壁板蒙皮局部稳定性前期分析设计中。     

复合材料蜂窝夹层结构轴压载荷下总体屈曲计算研究

对两种芯层厚度的复合材料蜂窝夹层板进行轴压载荷下的稳定性试验,给出了试验件的屈曲载荷及破坏形式。分别采用四种工程方法及线性与非线性有限元方法对轴压载荷下蜂窝夹层板的屈曲破坏载荷进行计算,根据试验结果,对各类方法的计算结果进行了误差分析并给出了其使用建议。对文献[8]中的方法,因计算过程简单,易于程序化实现,推荐在型号设计中使用。     

轴压铆接加筋板局部屈曲弹性支持分析方法

考虑铆钉连接对筋条扭转弹性支持作用的影响，利用三角函数构造筋条在铆钉连接情况下的扭转支持刚度，采用里兹能量法建立轴压铆接加筋平板蒙皮局部屈曲问题的弹性支持理论分析模型及分析方法。分别采用试验方法、有限元方法、工程简化分析方法和本文分析方法对典型轴压金属Z形铆接加筋平板的蒙皮局部屈曲临界应力进行算例分析，验证了本文分析方法的合理性。在此基础上进一步研究了不同的铆钉间距和铆钉连接方式对加筋板蒙皮局部屈曲临界应力的影响。结果表明：在Z形加筋板结构形式、尺寸、铆钉间距皆为工程常用范围的前提之下，若铆钉连接方式不变，改变铆钉间距对屈曲临界应力影响不足1%；若铆钉间距不变，单排连接改为双排或者交错排可以提高屈曲临界应力约11%。     

复合材料帽型加筋壁板轴压稳定性研究

本文的主要目的是研究复合材料加筋壁板的失效模式与屈曲稳定性。根据真实飞机结构,采用了帽型加筋壁板试验件构型。在本文中,通过试验方法来研究帽型加筋壁板的稳定性,分析了壁板端部设计与端部加载夹具等因素。同时,提出了一种计算帽型加筋壁板的屈曲载荷的工程方法。计算结果与试验数据吻合的非常好。     

关于轴压加筋板局部稳定性有限元分析的计算模型选取问题

本文给出了轴压加筋板局部屈曲应力的有限元分析。着重讨论加筋板的计算模型。在屈曲变形模态对称性分析的基础上,提出了“局部单元”计算模型,并指出这种模型对加筋板的局部稳定性分析是普遍有效的。本分析与实验结果之间的比较表明有好的一致性。     

盘绕式伸展机构非线性屈曲模式的试验研究与数值仿真

针对盘绕式伸展机构在轨工作的特点,对其在不同钢丝绳预紧力和机构高度下的非线性屈曲模式和屈曲载荷开展了相关的试验研究。根据其几何非线性特点,采用弧长法对试验状态下结构的非线性屈曲模式进行了仿真分析。研究结果表明：(1)数值仿真计算得到的屈曲模式和屈曲载荷与试验结果一致;(2)伸展机构的屈曲模式与钢丝绳预紧力和机构高度密切相关,处于张紧状态的钢丝绳可显著提高伸展机构的轴压、弯曲承载能力。分析结果也为其他同类机构的设计和试验提供了参考依据。     

网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计

为完成网格整体加筋贮箱圆筒壳的结构优化设计,本文首先开展了网格整体加筋贮箱圆筒壳的有限元模型参数化研究;然后基于参数化模型,进行了网格加筋角度的优化设计和加筋尺寸与壁面厚度尺寸优化设计,讨论了网格尺寸和加筋角度与结构屈曲稳定性和质量之间的关系;并利用实验设计的方法构造响应面代理模型对网格尺寸和加筋角度进行了优化设计.通过以上参数化建模、代理模型构建和优化设计,得到了一套较为完整可行的网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计方法.最后还对研究过程中发现的问题进行了总结.     

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。     

考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。     

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。     

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。     

高温下薄壁圆筒拉伸试样的应力-应变关系研究

采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。试验结果表明，薄壁圆筒试样颈缩时，其内外径均有变化，并且外径的变化比内径的变化要大。采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析，对最小颈缩面上的应力分布的分析表明：沿着薄壁圆筒的内壁到外壁的径向方向，应力呈减小的趋势，这与试验中薄壁圆筒首先从内壁开始破坏的结果是相符合的。比较试验所得的不同温度下的拉伸曲线与采用计算机模拟的方法得到不同温度下的应力应变关系，二者符合性较好，得出了试样在特定温度下的真实应力-应变曲线。     

基于有限元分析的变截面轴向力支撑片内式应变天平研制

内式应变天平的轴向力元件结构在受到大载荷尤其是大力矩载荷后,其支撑片上的最大应力是限制天平最大承载能力的主要因素。研制了一台大力矩内式应变天平,并采用有限元分析方法对轴向力元件的支撑片和测量梁进行了优化和改进。将支撑片的外形由传统的等截面改进为变截面,减小支撑片中间部位的厚度,并增加两端的厚度,在保持天平轴向刚度一致的基础上,降低了支撑片上的最大应力;采用变截面结构的轴向力测量梁,减小了测量梁上的应变梯度。有限元分析结果表明:与传统的等截面支撑片相比,变截面支撑片上的应力分布比较均匀,其根部最大应力减小了20%以上;与等截面测量梁相比,变截面测量梁上的应变梯度降低了79%。天平校准结果与有限元分析结果一致,风洞测力试验也表明该天平具有良好的稳定性。     

轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析技术的研究

锻件成形过程中,非稳态、不均匀的温度场对金属的塑性流动有很大的影响，尤其是高温成形过程。本文对轴对称段件成形过程的热力耦合有限元分析技术进行了研究。论述了刚塑性有限元分析方法，建立了热力耦合分析模型，开发了轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析软件。通过将圆柱体镦粗过程的模拟结果与有关文献中的实验结果和模拟结果的比较，说明了该方法和软件的正确性。     

电渣熔铸过程渣池深度对钢锭应力场影响的模拟研究

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大,易产生热应力及测量困难,本文采用大型有限元分析软件ANSYS对电渣熔铸过程中不同渣池深度时的钢锭应力场进行了模拟研究,研究结果表明不同渣池深度时的钢锭表面沿轴向自顶而下等效应力和轴向应力分布均基本遵循对数函数关系。模拟结果与实际相吻合,运用此模型可预报钢锭应力场状况,指导实际生产。     

电磁力连续控制圆柱绕流态变化的研究

作用于电介质溶液流体边界层上的Lorentz电磁力可以改变流体边界层的结构,从而控制流体绕流的形态。通过理论分析和数值模拟确定了实验控制的关键参数,交替分布的电极和磁极包覆在圆柱体的表面置于电介质溶液中,简单调整电磁力的分布可以方便地控制圆柱尾迹的流动结构,实现了电磁力消涡和增涡的连续控制。