应用ANSYS进行热接触弹塑性有限元分析

应用ANSYS对实际结构进行了热载荷下接触弹塑性有限元分析，建立了孔边接触弹性模型、孔边接触弹塑性模型和模拟弹性边界孔边接触弹塑性模型等三种不断改进的模型，分别模拟了结构的弹性和弹塑性以及固支边界和弹性边界。通过对计算结果的分析比较，表明弹性边界的弹塑性模型更为精确可靠。     

有限元法计算连接结构的紧固件柔度

紧固件柔度是飞机连接部位疲劳寿命的重要影响因素,常常作为飞机结构疲劳寿命模拟和分析的主要参数。利用弹塑性接触有限元法对结构进行仿真计算,模拟拉伸载荷下紧固件细节的载荷位移变化关系,由此对紧固件柔度进行了分析计算,并将其与实验结果进行了对比,结果表明：该有限元方法与实验数据吻合很好,进而可以根据有限元结果对实验进行设计指导。     

数值模拟轴向冲击下直杆的动态响应

使用数值方法模拟了弹性和弹塑性杆受到纵向冲击的全过程,通过计算分析了荷载大小不变,施加速率不同时直杆的动态响应及有无率相关情况下杆的响应。发现：对于弹性直杆,轴向冲击荷载大小不变,加载速率的改变对加栽点位移和加速度影响较大,而对加载点的速度峰值影响不大,加栽速率越大,加载点的位移越小,加速度越大;对于弹塑性杆,加载速率越大,加载点的位移和速度峰值越小,结构的吸能比却越大。另外,对于某些应变率敏感材料,材料的率相关性对冲击载荷下的动态响应的影响也是值得关注的。     

弹塑性接触有限元分析的凝缩法

 解决弹性接触问题可用一种新的弹塑性接触有限元计算方法,即有限元混合法与弹塑性有限元分析的凝缩法结合而成,能显著地节省计算时间。文中对涡轮盘榫槽与叶片榫头的接触问题进行了计算分析。     

材料非线性在折叠舵有限元计算中的运用

介绍了运用有限元方法对折叠舵进行了基于材料非线性的弹塑性分析。由于舵面上受到的载荷较大,超过材料的屈服强度,使接触区域材料进入塑性状态。如果进入塑性状态的范围过大,则结构将受到破坏,如果不采用弹塑性方法计算,而采用弹性方法计算,则舵的应力会更大,使舵面尖弦后缘点挠度变小,与试验值相比误差较大,不能忽略其材料非线性对变形计算的影响,本文考虑材料非线性的影响变形计算结果与实验结果吻合较好,因此,舵面变形最好使用弹塑性方法计算。     

发动机叶片鸟撞击瞬态响应的数值模拟

 简介了叶片鸟撞击瞬态响应的计算方法, 并采用接触冲击算法计算模拟了不同质量的鸟撞击单个、多个及整级叶片的瞬态响应过程。结果表明: 接触冲击算法能较为真实反映叶片鸟撞击过程; 不同质量的鸟撞击叶片时, 叶片变形与应力有较大的差异; 大质量的鸟撞击时, 必须考虑撞击区附近的局部塑性变形、叶尖位移以及叶根的局部塑性变形。研究结果对于进行我国叶片抗鸟撞击损伤设计具有重要参考价值。     

某结构件的非线性弹塑性分析计算

使用有限元软件MSC/Nastran,对某结构件进行了非线性弹塑性计算,分析对比了结构应力以及残余应力与材料屈服极限之间的关系,计算结果与试验值基本吻合,说明使用该软件进行工程结构非线性弹塑性计算是准确的。     

数字图像相关方法测量芳纶纤维复合材料I型裂纹应力强度因子

将数字图像相关方法用于芳纶纤维复合材料单边裂纹在拉伸载荷作用下的断裂问题研究。介绍数字图像相关方法的基本原理,建立数字图像相关方法中位移场与裂纹尖端应力强度因子之间的关系。通过搭建数字图像相关方法光学非接触测量系统,试验表征含单边裂纹芳纶纤维复合材料试验件在拉伸载荷作用下的全场位移。由数字图像相关方法所得位移场提取不同载荷作用下裂纹尖端应力强度因子,并分析最小二乘拟合项数、数字图像相关计算子区域和步长大小对计算结果的影响。结果表明,增加最小二乘拟合项次和合理选择数字图像相关计算子区域和步长大小可以提高应力强度因子计算精度。     

复合材料层板低速冲击剩余强度的研究

 针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算,把冲击破坏区看作一个含有随机分布裂纹的圆形不均匀体,采用有限元建模分析,结合冲击后层板的试验所得的载荷/ 位移关系,计算得到冲击破坏区的剩余模量。再采用有限元建模分析含圆形冲击损伤区的矩形复合材料层板,求解应力及最大位移,并依据最大应力破坏准则,预测复合材料层板的冲击后压缩强度,计算结果与试验数据的比较表明分析结果可靠。     

无限大板孔边双裂纹应力强度因子和裂纹面张开位移

针对航空结构中常见的孔边裂纹问题,利用Muskhelishvili复变函数法和有限截项法计算了无限大板内圆孔边任意长度双裂纹在任意角度远场均布拉伸应力情况下的复合型应力强度因子和裂纹面张开位移,并与相关文献的计算结果进行了对比。通过对应力强度因子计算数值的拟合,得到了无限大板内圆孔边任意长度共线双裂纹在远场应力作用下的应力强度因子拟合方程。结果表明,应用复变函数法和有限截项法计算应力强度因子和裂纹面张开位移,不仅适用于无限大板内孔边裂纹对称的情况,孔边裂纹不对称时同样适用,在工程断裂问题中有较好的应用价值。     

震荡磨削在伺服阀阀套内环槽工作边加工中的应用

滑阀副是通过阀芯、阀套重叠处阀口控制流体流动方向及流量大小的，阀套工作边棱边质量对伺服阀工作性能有决定性影响。阀套内环槽全开口工作边常常利用硬车后研磨的工艺方法加工，存在加工质量不稳定而返工的问题。分析了阀套工作边震荡磨削加工的磨削原理，采用震荡磨削开展了阀套内环槽全开口工作边的加工研究。基于正交实验设计，构建了震荡磨削实验，研究了震荡速率和轴向进刀速度对表面质量、毛刺高度和锐边完整性的影响。经数学分析表明，Z轴和X轴进给速度对表面粗糙度和毛刺高度的影响相对一致，va越大、vf越小，对应的表面粗糙度越低、毛刺越小。实验结果表明，震荡磨削是伺服阀全开口阀套工作边精密加工的一种可行方法，可以广泛应用于起阀口作用的内外环槽结构的加工中。     

直升机主桨毂支臂疲劳试验技术研究

支臂是直升机球柔性桨毂中的典型复杂动部件,疲劳破坏为主要的失效模式.结合某直升机支臂疲劳试验,介绍了试验方案设计、试验实施方案设计及试验数据分析等内容和方法.考虑支臂结构及载荷和组合试验的特点,疲劳试验载荷的比例以模拟载荷分布为原则、以打样设计载荷为手段确定,载荷大小根据试验件的疲劳能力、寿命考核要求、各破坏部位和模式匹配考核确定;试验采取整体试验和局部考核相结合的方法,设计了由支臂和模拟桨叶组成的双铰支梁式支臂整体疲劳试验实施模型;试验监测数据分析有力地保证了试验的有效性.     

Hopkinson系统中套筒相对长度对结构件过载值的影响

采用Hopkinson压杆实验装置和Ansys/Ls-Dyna商业计算软件,针对高过载试验中结构件过载值受重力影响的问题进行研究。重力可以使结构件与入射杆之间发生滑移,使得两者不同轴,造成实验结果偏差。分析中不可忽略重力对试验的影响。分析套筒相对长度对试验结果的影响。当相对长度小于0.6时,不能给结构件施加有效的约束;当套筒相对长度大于0.6时,可以认为重力影响基本消失,可以有效地降低重力方向的影响。     

Structural shape parametric optimization for an internal structural-acoustic problem

A structural shape optimization problem, with respect to the structural aspect ratio is developed in the context of an axisymmetric structural-acoustic system, consisting of an elastic dome coupled with an internal acoustic cavity, is analyzed in the low- and medium-frequency ranges. The dome is a thin shell considered as a three-dimensional continuum with a dissipative constitutive equation. The internal fluid is a dissipative acoustic fluid. The dome is submitted to an external wall pressure field modeled by a stochastic field. The cost function is related to the pressure field over an internal axisymmetric observation surface inside the acoustic cavity. We are interested in minimizing the internal noise over the observation surface with respect to the structural aspect ratio defining the geometric shape of the dome. This paper develops an analysis of the structural-acoustic shape optimization problem to determine wheter or not there exist values of the dome aspect ratio for which the internal noise is a minimum. The frequency response functions of the structural-acoustic system are calculated to construct the cost function. In this context, the Fourier series expansions of the structural displacement field and the internal fluid velocity potential are carried out with respect to the polar angle variable. For each fixed circumferential wave number, a reduced matrix model is constructed using the structural modes of the structure in vacuo and the acoustic modes of the internal acoustic cavity with rigid wall. The structural modes and the acoustic modes are computed by the finite element method. The optimization parameter is the aspect ratio of the structure. The analysis presented shows that the structural shape optimization problem of the dome with respect to its aspect ratio parameter has a clear solution which minimizes internal noise in the low- and medium-frequency ranges.     

双级轴向旋流器性能评估方法（二）——旋流器下游几何结构的影响

开展了双级轴向旋流燃烧室反应流场和燃烧性能的理论与数值研究。通过数值模拟研究了旋流强度与旋流器下游（套筒）几何结构对于燃烧室反应流场与燃烧性能的影响规律。结果表明:当旋流强度低时，旋转气流倾向脱离套筒喉部附近的壁面，形成类似喷射的流动；套筒扩张角越大，旋流强度增幅越大；当扩张半角为30°～70°时，气流扩张角随套筒扩张半角增加而增大。研究发现:存在临界套筒扩张半角为73°，大于该临界角时，气流与套筒发生“脱体”现象。通过理论推导与数值仿真相结合的方法，发展建立了套筒出口气流扩张角估算公式。通过与实验及数值结果比较发现，该公式能够对旋流器出口近场气流发展进行准确预测，为未来旋流器的设计提供了一种实用有效的方法。      

套筒式张线天平的研制

根据民机张线测力试验的特殊要求,研制了一台套筒结构形式的张线天平。详细介绍了该天平在研制中遇到的难点、关键技术的解决措施以及研制的结果。天平元件布置在58mm的外套筒上,内杆直径为44mm,外套筒和内杆通过楔块焊接在一起。法向力、俯仰力矩和滚转力矩为拉压变形,横向力和偏航力矩为＂S＂形变形,轴向力为弯曲变形,元件支撑部分受拉压变形且刚度较强。通过对天平进行有限元分析,在法向力和俯仰力矩作用下,得出的应变结果与实际输出基本吻合。风洞试验结果表明：天平设计合理,天平外套筒、内杆及张线支撑系统刚度好,天平各分量测量精度高。     

Sample Caching Concept for Planetary Missions

A Sample Caching Subsystem (SCS) concept that provides transfer and storage of core and soil samples for planetary missions has been developed. The SCS could be carried on a rover and a rover arm-mounted coring tool could acquire samples and deposit the samples in the SCS. The SCS would transfer the samples into a sample container, with each sample in a separate sleeve. Important to the SCS design is the ability to seal each sleeve, and the sample with it, to isolate it from other samples and from the external environment. Sealing of the samples will allow for maintaining the integrity of organic materials over many years thereby allowing the samples to be analyzed in later missions or after a return trip to Earth.     

Optimization of flow field in electrochemical trepanning of integral cascades (Ti6Al4V)

Ti6Al4V is widely applied in the integral cascades of aero engines. As an effective machining method, electrochemical trepanning (ECTr) has unique advantages in processing surface parts made of hard-to-cut materials. In ECTr, the state of the flow field has a significant effect on processing stability and machining quality. To improve the uniformity of the flow field when ECTr is applied to Ti6Al4V, two different flow modes are designed, namely full-profile electrolyte supply (FPES) and edges electrolyte supply (EES). Different from the traditional forward flow mode, the flow directions of the electrolyte in the proposed modes are controlled by inlet channels. Simulations show that the flow field under EES is more uniform than that under FPES. To further enhance the uniformity of the flow field, the structure of EES is optimized by modifying the insulating sleeve. In the optimized configuration, the longitudinal distance between the center of the inlet hole and the center of the blade is 6.0 mm, the lateral distance between the centers of the inlet holes on both sides is 16.5 mm, the length to which the electrolyte enters the machining area is 1.5 mm, and the height of the insulating sleeve is 13.5 mm. A series of ECTr experiments are performed under the two flow modes. Compared with EES, the blade machined by FPES is less accurate and has poorer surface quality, with a surface roughness (R_a) of 3.346 μm. Under the optimized EES, the machining quality is effectively enhanced, with the surface quality improved from R_a = 2.621 μm to R_a = 1.815 μm, thus confirming the efficacy of the proposed methods.     

一种高效的多重网格三维N-S方程计算方法及其应用

介绍一种基于 Jameson中心差分和 Runge-Kutta时间推进的三维 N-S方程计算的有限体积方法 ,计算点选取体积单元中心 ,为了提高收敛效率和程序稳定性 ,采用了当地时间步长和多重网格方法 ,特别是针对粘性计算中计算网格形状比高的特点 ,隐式残差光顺采用当地变系数的方法 ,并专门设计了考虑计算网格形状比的人工粘性模型。应用本文方法对收扩喷管的三维流场和NACA0 0 1 2翼型二维流场进行了计算 ,结果表明程序具有良好的收敛能力和较高的稳定性。     

表贴式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析

针对表贴式永磁电机转子在高速高温状态下转子强度计算问题,提出了考虑磁钢分块结构的转子模型。基于厚壁圆筒理论推导了转子强度计算的解析解,分别计算出碳纤维护套及磁钢的切向应力和径向应力；基于有限元法分析了多种工况下的转子强度,在高速及高温工况下转子所受应力均会增加；对比解析分析结果表明,有限元法及解析法均能准确计算碳纤维护套应力,而磁钢却受到边缘效应的影响,磁钢边缘应力增大,解析分析难以进行精准计算；基于有限元法分析护套与磁钢过盈量,优化了转子结构,提出了过盈量的最优范围。