开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

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。     

热环境

用有限元法改进热应力计算本文描写用有限元法决定结构元件中热应力的方法。方法中避免了计算必须有确切尺寸情况下进行。由于受热结构一般对空间分布温度变化的灵敏度差,所以可使用有效应力计算法,并从大网格有限元解得到应变。于是同细网格温度分布应力—应变—温度状态方程联用便得到细网格结果。这方法的有效性已在计算H3T航天机的垂直尾翼受模拟再入地球环境的热应力中得到验证。     

Timoshenko梁理论测定纤维增强复合材料动模量

本文考虑剪切变形和转动惯量的影响,采用Timoshenko梁理论,推导了悬臂梁自由端具有集中质量情形下的特征方程,并对固支自由和自由自由两种支持下的碳/环氧单向层梁的动模量E_1和F_2进行了计算和比较。文中还讨论了不同长厚比以及高阶共振频率下的剪切变形及转动惯量的影响。     

粘接结构胶层热应力分布影响因素

通过建立粘接结构的有限元模型来研究温度变化引起的粘接结构中胶层的热应力分布情况。通过胶层应变测试试验,对比胶层侧边中点及端点处的应变与仿真结果的差异,验证有限元仿真结果的可靠性。研究了多种因素,包括胶层厚度、胶层两侧被粘接材料的热膨胀系数的差异和被粘接材料的刚度的变化对胶层热应力分布的影响规律。最后探讨了大温差环境中使用的粘接结构在设计过程中需考虑胶层的热应力来选取胶层的厚度及被粘接材料。     

磨削时制件表面层温度分布的研究

本文按照均布与三角形分布两种热源模型,就磨削时制件表面温度分布的理论与实际作了比较深入的研究,在已有数值解的基础上进一步给出了形式规整的解析解,并对两种模型下所得温度分布曲线的形状特征、峰点位置作了定量的比较分析。文章的后一部分,在指出以往校核实验所存在弊病的基础上,以严格的校核实验数据给出了三角形分布热源模型比均布模型更符合磨削制件表面温度分布实际情况的结论。 文中关于数值解的进一步推演,温度曲线峰点位置的定量解析以及校核试验方案的讨论设计,对从理论上研究磨削温度的分布规律有指导意义。文章最后得到的并经实验校核的关于温度分布的结论,对阐明产生磨削制件表面缺陷的热机理以及寻找控制磨削表面质量的途径亦有一定的实用价值。     

高阶龙格库塔间断有限元方法求解二维谐振腔问题

提出了使用高阶龙格库塔间断有限元方法在时域求解经典的电磁场谐振腔问题,间断有限元方法在空间离散时采用非结构化网格且在时域显式求解方程,这是有限元方法和有限体积方法的最佳结合。该方法通过采用局部高阶多项式插值基函数获得高阶精度。文中使用该方法研究了横磁波在二维谐振腔中的传播情况,以及高阶的拉格朗日基函数。数值实验采用了高阶的二变量拉格朗日多项式基函数,数值计算结果与理论解析解相吻合。文中还讨论了不同阶数多项式插值基函数对计算精度的影响。结果表明,随插值基函数阶数增加,计算精度迅速提高。最后讨论了不同插值基函数阶数对L^2误差的影响,结果显示L^2误差随插值基函数阶数增加呈指数下降。     

基于流-固耦合方法的涡轮叶片热应力仿真

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流-固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流-固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进,其分析方法对类似问题的处理也很有借鉴意义。     

高热环境下前缘结构高温应变测量

高超声速飞行器前缘在大气层中长时间飞行时受热严酷,热应力影响大,分析前缘结构热应力十分必要。在电弧风洞模拟的高热环境下采用高温应变计对高超声速飞行器前缘结构进行了高温应变测量,介绍了试验设备、试验条件、试验模型和热输出标定等,并介绍分析了碳基复合材料和某耐热合金2种材料前缘模型试验结果,同时对比了有限元计算结果,表明测量结果真实。试验应变测量最高温度600℃,试验结果表明,前缘模型侧面平板的应力状态处于合理水平。应力应变数据对于结构优化设计起到了重要作用。     

稳定悬浮状态下无轴承开关磁阻电机电感特性

针对二维有限元和磁链法计算无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)电感特性的局限性,建立了BSRM稳定悬浮时的三维有限元模型,采用双标量磁位法计算得到其磁场分布,应用一种仅需计算非线性系统能量增量即可计算电感的增强型能量增量法,计算其绕组电感.以-7.5 kW,12/8结构的BSRM为例,简单比较了双标量磁位法与二维有限元法、矢量磁位法和棱边有限元法分别求解BSRM磁场时的计算规模和平均计算时间,说明了双标量磁位法在大规模计算场合的优越性;研究了电感与转子径向位移的关系;计算获得了样机处于稳定悬浮状态下的主、悬浮绕组电感;研究了端部效应对电机磁场分布和绕组电感的影响.通过实验验证了电感计算的准确性,为优化设计和精确控制该类电机奠定了基础.     

高温压力传感器冷却套温度场的有限元法计算

介绍一种高温压力传感器冷却套的结构，并用有限元法计算冷却套的温度场分布，将轴对称的冷却套半边划分为许多三角形单元，将单元内的温度离散到单元三个节点上，应用传热学理论计算出三类边界条件的参数，应用有限元法计算出各节点的温度，经过计算机数据处理，得到冷却套温度场的分布，最后，对冷却套温度进行实测，测试结果与理论计算较为接近，表明冷却套结构设计是合理的，并且用有限元法计算冷却套温度场分布是行之有效的。     

一种采用解析积分的直线单元的边界元法

本文提出一种采用解析的直线单元计算受有离心力的二维问题的边界元法,推导了相应直线单元的积分解析式。算例表明,本文方法能获得较高的数值精度,尤其在计算靠近边界的内点应力时,效果更好。     

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。     

强激光辐照下圆柱薄壳非线性振动分析

为了研究强激光辐照下的圆柱薄壳的动力响应,运用傅立叶级数展开法导出了强激光辐照下圆柱薄壳的温度场,在此基础上进行了圆柱壳的振动分析,计算中考虑了初始热应力与热软化对其固有频率和振动模态的影响,并与无激光束作用下的情形进行了比较。计算结果表明,激光照射区域产生的材料热软化是导致圆柱薄壳固有频率下降的主要原因。     

热惯性对热冲击半无限体热应力影响非傅立叶效应研究

考虑超快速加热引起传热过程的非傅立叶效应,基于线性热弹性理论和表面热惯性特性,建立了带惯性第一类边界条件的半无限体的动态温度场、热应力场方程组。用拉普拉斯变换法对方程组进行求解。结果表明,快速加热在半无限体内产生温度场和应力场,且热和应力呈波动输运机制。讨论了温升率或热惯性对半空间温度场和应力场的影响,比较弹性波波速与热波波速之比动态热应力的影响。     

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     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

考虑高阶位移模式的层板热稳定有限元分析

本文用高阶理论对层板的热稳定进行了有限元分析,算例表明文中方法是精确的。文中给出了层板热稳定的数值结果,并讨论了铺层方向、铺层数量、边界条件、板的长宽比、材料的纵横弹性常数比以及温度分布等对失稳特性的影响,由此得出了一些有用的结论。     

三维机织复合材料拉伸损伤

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,研究了三维机织复合材料在经向拉伸和纬向拉伸载荷作用下损伤的起始、扩展直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的单元消失技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作三维机织拉伸试件并进行了相应的试验,计算结果和试验结果吻合良好,证明了该研究方法的正确性。     

拟协调九结点四边形层合板壳有限元

构造了一个拟协调九结点四边形层合板壳单无，这一单元是根据Ｈｕ－Ｗａｓｈｉｚｕ变分原理导出的，独立假设了位移场、每一层的应变场和应力场。文中计算了复合材料板和充实例。计算结果表明，本文单元在准确性和高效率方面的性态较好。