一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

基于FDTD的散射体宽角度宽频带RCS快速计算方法研究

将FDTD（Finite Difference Time Domain）法与双三次样条函数插值逼近、傅立叶变换结合,快速计算了三维散射体的宽角度、宽频带RCS（Radar Cross Section）。在双入射角度和全范围内各选定若干个插值节点,然后用FDTD法计算得到外推面上各节点的切向电磁场值,进而插值得到电磁场值随入射角度变化的双三次样条函数;之后用该样条函数计算出全入射角度范围内外推面上两个入射角范围内的切向电磁场值;最后通过近远场变换得到宽角度RCS。在计算过程中同时将激励源设置为脉冲源,通过对外推面上的电磁场值进行傅立叶变换,得到RCS频率响应。计算结果表明,只用少数插值节点就能够得到非常逼近FDTD法精确计算结果的散射体宽角度宽频带RCS响应,具有很高的计算效率。     

复合材料机械连接钉载分配有限元模拟方法研究

以一列三钉复合材料连接为例,采用节点绑定法、梁元法、弹簧元法以及基于独立网格技术的Fasteners单元法模拟螺栓;壳元和三维实体单元模拟复合材料板,建立了复合材料机械连接有限元模型,计算了不同模型下的钉传载荷和钉载分配比例,并分析了不同简化模型的计算精度。研究结果表明,基于Bushing属性的Fasteners单元法是计算复合材料机械连接钉载分配的有效方法。     

曲面样条函数在翼面气动载荷处理中的应用

介绍了利用曲面样条函数进行翼面气动压强系数Cp插值，将气动载荷方便快捷地处理成有限元节点载荷的计算方法。     

基于RBF插值边界条件的笛卡尔网格方法

介绍了一种基于RBF(Radial Basis Function,径向基函数)插值处理物面边界条件的笛卡尔网格方法.整个流场采用有限体积方法计算,但是对于物面附近切割的网格计算域不完整,因此通过RBF插值来得到物体内部实单元上的值,从而使得流场计算顺利的进行推进.相比于其他插值方法来说,RBF插值特别适合于多维离散点的插值,不会因为插值点的位置关系而产生病态的系数矩阵,而且使用比较少的网格点就可以得到同最小二乘方法相当的精度.将这种方法应用于圆柱和翼型绕流中,得到了满意的结果,证明了方法的有效性,还对边界条件的各种不同形式对结果的影响作了对比.     

一种无数值积分的间断Galerkin有限元方法

在使用间断Galerkin有限元方法的计算过程中,需要构造相应的积分表达式作为数值求解的出发点,继而会引入体积分和面积分。对于这些积分项的值,一般需要通过数值积分的方法获得。当需要使用高阶间断Galerkin有限元方法时,数值积分计算精度的要求会相应地增加,其所需的计算量将变得很大,而数值积分的计算量又在很大程度上决定了间断Galerkin有限元方法的计算效率。针对这一问题,通过建立Lagrange插值多项式基函数和Jacobi正交多项式基函数的一定关系,构造了一种无数值积分的间断Galerkin有限元方法显式半离散格式,并对不同条件下的线性和非线性一维、二维守恒律进行了直接数值模拟,得到了理想的数值结果。该方法不再需要通过数值积分来计算每个单元的积分项,而且有效地达到了间断Galerkin有限元方法的高阶精度,其对于构造更为高效的高阶间断Galerkin有限元计算方法具有非常显著的意义。     

Hermite插值结合FDTD法快速计算三维目标宽角度RCS

 Hermite插值结合时域有限差分(FDTD)法快速计算了三维目标的宽角度雷达散射截面(RCS)。一般用FDTD法计算散射体的宽角度RCS时,每改变一个入射角度,就需要重新用FDTD法计算一次。引入Hermite插值逼近方法可以节省计算时间。在整个入射角度范围内选定若干个入射角,对不同的入射角,分别用FDTD法计算得到外推面上各点的切向电磁场值及其对入射角的导数值,进而得到这些场值随入射角度变化的Hermite插值函数,然后用插值函数计算出全入射角度范围内外推面上各点的切向电磁场值,最后通过近远场变换得到宽角度RCS。计算结果表明在只有少数几个插值节点的情况下本文方法就能很好地逼近FDTD法的精确计算结果,节省了计算时间。     

波纹夹芯加筋板和波纹腹板的刚度工程计算方法及其应用

研究了波纹夹芯加筋板刚度的计算方法,并将该方法拓展到计算复合材料波纹层合板的拉伸、耦合和弯曲刚度,得到了其解析表达式。阐述了将波纹板的刚度输入到MSC．Nastran材料卡中的技巧,以及对波纹板有限元建模分析的方法。将波纹板的刚度计算技术及建模方法用于某型号的中厚蒙皮复合材料多墙结构翼盒静强度计算中,得到了结构测点处的位移计算值和应变计算值,并同试验测量值和传统的有限元分析方法得到的计算值进行了比较。结果显示,同传统的对结构细化的有限元建模分析方法相比,采用本文分析方法得到的计算结果更接近于试验实测值,位移计算值相对误差的平均值从原来的9％下降到5％,应变计算值相对误差的平均值从原来的17．4％下降到4．1％。     

区间B样条小波杂交应力元分析及其应用

将小波函数引入到杂交应力元中,以其尺度函数作为插值函数,构造了二维四节点和三维八节点的B样条小波杂交应力元.将数值算例结果与理论解和Abaqus软件计算结果相对比,本文所构造的新型单元具有计算精度高、对单元划分密度不敏感、收敛速度快的优点.     

弹道导弹制导计算中扰动引力的快速赋值

主动段扰动引力是引起弹道导弹制导方法误差的主要因素。因此,要提高导弹的制导精度,就必须能够在弹上实时计算扰动引力。但现有方法在计算快速性和存储量之间无法得到有效协调。为此,把广义延拓逼近思想引入有限元逼近方法中,将插值单元周围节点的信息也包含到单元内一点扰动引力的计算当中,建立了一种新的数学模型。对所选发射空域,在发射坐标系中进行了直角坐标划分。计算结果表明,这种方法能够更加精确地逼近弹道导弹主动段的扰动引力,在600 km×250 km×6 km的主动段飞行区域内,只需要保存60个节点数据,就能使由逼近误差导致的落点偏差小于10 m,是一般有限元逼近方法精度的4倍以上。     

九节点四边形等参数单元

某些作者给出的数值结果表明,在单元形状不规则时,八节点和十二节点的四边形等参数单元的刚度变硬。因此,应用不规则单元所得的结果误差很大。计算结果没有由二个或四个六节点三角形组成的四边形所得的结果妤。本文表明,假使四边形单元是九节点单元,拉格朗日多项式作为插值函数,那么不规则单元所得的结果与规则单元所得的结果基本上一致。数值结果表明,九节点等参数单元比八节点、十二节点四边形等参数单元和由二个或四个六节点三角形组成的四边形单元好。     

静气弹中非线性气动力建模方法与分析

大展弦比低雷诺数气动布局容易较早出现气流分离,会带来明显的非线性气动力问题。针对此类布局提出了一种建立基于Kriging插值的非线性压力系数分布模型的方法。从Navier-Stokes方程计算的不同状态下飞机的压力系数中提取不同坐标的系数。利用Kriging插值函数建立CFD压力系数对迎角导数的响应面,将插值结果代入偶极子网格法(Double-Lattice Method,DLM)修正其线性方法。利用无限板样条(IPS)方法进行气动结构耦合,实现了有限元结构的非线性气弹响应分析。算例结果验证了方法对于静气弹分析的有效性,同时能准确地反映弹性带来的气动效率的降低和非线性力矩特征。     

磁电弹性材料杂交应力有限元的应力模式

首先推导了磁电弹性材料的杂交应力有限元列式,然后在假设单元边界位移场的基础上,根据等函数法进一步推导了磁电弹性材料的3D-8节点和3D-20节点杂交应力有限元的广义假设应力矩阵。为磁电弹性材料杂交应力有限元模型的构建提供了理论基础。最后以3D-8节点杂交应力有限单元为例,对磁电弹性材料层合板进行了有限元分析,数据显示所得结果具有较高的计算精度。     

大展弦比柔性机翼的结构与气动耦合特性分析

针对人展弦比柔性机翼，本文提出了一种考虑结构与气动相互耦合的静气动弹性分析方法，通过以下迭代过程得到结构变形和气动载荷的稳定状态：采用亚音速面元法年和核函数法计算气动影响系数和翼面升力：采用有限元技术计算结构变形：采用B样条函数实现结构网格变形到气动网格变形的插值；采用载荷等效的二角形方法进行气动载筒和有限元节点载荷的转换。最后，通过一个后掠翼算例计算了柔性下的静气动弹性响应，并与刚性情况进行了对比。     

弹性平面问题的微分求积单元法研究

采用微分求积法(DQM)建立平面应力板单元,给出了详细的公式和分析过程。将微分求积单元法(DQEM)应用于平面应力问题,在算例1中,对各种条件下的结果进行比较,发现影响结果精度的主要因素是单元节点数目。算例2中计算结果与有限元结果比较表明:DQEM既具有有限元的分块思想,又兼备微分求积法计算精度高,使用方便,计算量少等优点。     

大规模应变监测值获取技术研究

针对全机静强度试验过程中获取应变监测值的问题,提出一种适用解决该问题的方法。全机静强度试验过程中,需要对一万个左右的应变片进行监控。在试验之前,需要提供试验工况下每个应变片的理论计算值作为监测值,筛选出重点关注部位,方便与试验值进行对比。由于应变片数量大,根据有限元结果,手工获取应变监测值效率低且易出错。从应变变换和应变插值的基本理论出发,详细介绍了快速获取应变监测值的方法,并基于HyperWorks有限元前后处理软件开发出一套应变监测值获取工具,实现了在单元面内和面外对应变进行插值,提高了应变监测值计算精度,克服了传统基于自然网格有限元模型方法带来的计算繁琐、效率低、局部计算精度不足的缺点,大大降低了应变监测值数据的准备难度。     

试验数据中不确定参数的修正方法研究

采用Kriging方法和CFD技术对风洞试验中的不确定参数——马赫数和迎角进行修正研究。以RAE2822翼型的试验数据作为研究对象,在不确定参数的变化区域内,分别建立以升阻力和压力分布为目标的函数,并采用Kriging方法对函数值进行插值,得到CFD结果和试验值的吻合较好的不确定参数值,以达到对试验参数修正的目的。计算结果说明方法对数值模拟结果精度的提高有一定的研究和应用价值。     

复合材料加筋壁板有限元建模与强度分析

运用基于工艺的“laminate modeler”模块创建了复合材料铺层和加筋层合板的三维有限元模型.介绍了一种体单元与壳单元节点融合的方法.以不同的相对节点间距对加筋层合板模型进行了有限元网格划分,采用结构最大Von Mises应力作为标准进行了收敛性分析,得到了一个可适用于其他类似加筋板模型网格创建的合理相对节点间距值1/72.应力计算表明,集中载荷作用下复合材料加筋壁板的初始损伤发生于第八铺层材料主方向的2方向,损伤模式为基体拉伸开裂.发生初始损伤时加筋板结构的极限载荷为75 N.应力集中区较小,且主要分布于载荷作用点附近.集中载荷作用下加筋板的承载效率较低.     

三维可压缩 Navier-Stokes 方程的间断Galerkin 有限元方法研究

拓展了二维间断 Galerkin(DG)有限元方法研究，将该数值方法用于三维可压缩欧拉方程和 Navier-Stokes方程的求解。基于六面体网格单元，采用插值方法将物面的四边形面网格单元构造为弯曲面网格单元，更好地表述了真实物面特征；物面边界相邻体网格单元相应构造为高阶体网格单元，其余体网格单元采用八节点六面体单元，以较小的计算代价使网格满足 DG 方法计算需求。通过对三维带 bump 管道内流、圆球绕流以及旋转流线体绕流进行的数值求解，验证了边界弯曲方法的可行性及 DG 方法的高精度特性。此外，由于采用了隐式计算方法，仅需较少的时间步就能迭代收敛。     

基于有限元方法的航天服平褶式关节建模

关节的灵活性能是航天服改进设计的一个重要方向,平褶式关节是一类典型的航天服软关节。为全面了解平褶式关节的活动特性,利用有限元方法构建了平褶式关节的仿真模型,该模型能够反映关节的主要材料和结构特征,计算得到了关节的阻力矩-角度关系。为验证模型,开展了关节原理样件的阻力矩测量,分析了模型误差的来源。比较了有限元方法和经典分析方法,并进一步讨论了平褶式关节阻力矩的组成。结果表明,有限元模型能够反映关节弯曲运动的基本特征,尽管关节运动初期和伸展运动后期阻力矩计算的准确性还有待提高,但与经典分析方法相比具有显著的优势。此外,结合模型结果分析得到平褶式关节阻力矩由压缩气体、材料摩擦以及结构的弹性变形引起。