用于加筋结构的半连续有限元模型

针对飞机损伤结构安全性评定的要求,为减小加筋壁板有限元分析的计算规模,本文提出了一种二维有限元筋条模型———半连续模型。该模型可用来分析三维的飞机加筋壁板结构,分析精度及可信度显著地优于二维平条模型,与三维及准三维模型相当,而分析工作量及复杂性小于后两种模型。半连续模型还可推广用于其他薄壁结构,只要构成结构的各板元之间是正交连接而非斜交连接的。     

有限元计算中应力集中问题解决方法

针对应力集中问题,研究有限元计算中优化模型的方法.综合分析具有应力集中孔薄板在不同工况下(单向拉伸、双向拉伸、拉压复合)的不同单元密度和单元质量,提出了优化有限元模型的方法.此外,对某旋转机械中转盘的切向应力进行了计算,与子模型有限元方法的计算结果进行比较,验证了提出的优化有限元模型方法的合理性.     

基于有限元的平面变胞机构运动学研究

变胞机构具有在工作阶段切换时,杆件数目或运动数目及连接方式可变的特点,因此现有的基于有限元的机构运动学方法和分析软件无法直接用于变胞机构的分析.基于最小势能原理,推导出了任意曲线的滑动副单元和三节点焊接单元两种有限元模型.根据变胞机构的变胞特征,研究了基于有限元的运动学方法在变胞机构中的应用,给出了其计算步骤和流程.最后利用该方法对3种典型的平面变胞机构进行了分析,其结果表明该方法适合计算机的模块化编程和计算,对变胞机构的运动学研究有重要帮助.     

含局部非线性的月球探测器软着陆动力学模型降阶分析

为准确预估探测器着陆冲击过程的动力学响应,采用非线性有限元方法建立了探测器软着陆动力学模型,能够较全面地反映出各种非线性因素。针对非线性有限元求解耗时长的弱点,考虑到探测器的局部非线性特性,利用广义动力缩聚（GDR）方法建立了月球探测器中心体的降阶模型。提出了一种基于脉冲响应函数的模态截断准则,在广义动力缩聚方法的基础上筛选少数几阶模态影响系数（MIC）较高的模态表征中心体的加速度响应,能够进一步降低模型的阶数。将降阶的中心体模型与含非线性的缓冲机构连接后进行的软着陆动力学分析能够准确而快速地预估探测器测点的加速度响应,与非降阶模型对比,计算时间缩短了75.5%,加速度响应的相对峰值误差控制在5%以内。数值仿真表明,广义动力缩聚方法能够有效地解决传统非线性有限元方法求解效率低的问题,本文所提模态截断准则的优点是适于求解模态密集问题并且与系统的输入输出无关。     

叶片缘板阻尼器切向接触刚度及其微滑动摩擦建模

为有效解决叶片缘板阻尼器的微滑动摩擦建模问题,针对带圆角的平板接触模型,推导得到了阻尼器切向接触刚度的解析表达式,包括初始切向接触刚度和微滑动阶段平均切向接触刚度,并将其与平面应变有限元模型的计算结果进行对比。结果表明:初始切向接触刚度的值仅与接触体的材料属性、阻尼器轴向长度与接触区半宽度的比值有关,平均切向接触刚度还与接触面的压力分布有关;利用有限元法计算得到的切向接触刚度值与理论解之间的计算误差与文献中有限元解的误差相比减小约7.1%。基于切向接触刚度的理论分析结果,发展了一种微滑动摩擦模型,给出了模型中实验系数λ的解析表达式,对于本文研究的带圆角平板接触模型,λ的值通常在1.00~1.15。将所发展的微滑动摩擦模型用于B-G型缘板阻尼器减振特性分析中,并与宏滑动摩擦模型的计算结果进行了对比,结果表明,所发展的微滑动摩擦模型可以用来计算阻尼器接触面发生微滑动时所能提供的阻尼比。     

高超声速飞行器多层次结构强度分析方法

针对高超声速飞行器结构应力损伤问题,采用有限元子模型法对高超声速飞行器结构强度进行分析研究。有限元分析依据模型复杂情况分为3个层次进行:第1层次采用较为稀疏的网格,获得二级子模型边界上各点的位移和力分布;第2层次将二级子模型网格划分细密,并用Fastener单元模拟群钉连接结构,获得较为准确的应力计算结果及钉载分配;第3层次选取钉载最大的部位建立三级子模型,引入渐进损伤子程序对危险部位进行损伤分析。文中采用ABAQUS子模型法,结合Fastener单元及UMAT(User-defined Material Mechanical Behavior)对高超声速飞行器结构强度由整体到局部进行了有限元分析,解决了常规有限元分析法网格多、计算困难等难题。     

接触非线性仿真中接触刚度因子选取的方法研究

接触问题分析中,接触刚度的取值是难点也是重点.目前,对于接触刚度的取值,并没有成熟的方法.利用ANSYS有限元软件对弹性环式挤压油膜阻尼器的接触行为进行了分析,从理论上研究了其接触动力学、接触条件及接触参数,特别针对接触刚度因子的取值进行研究.列举不同接触刚度取值对应的有限元计算结果并分析结果的收敛性,提出了接触刚度因子的数值递推法.该方法也可以用来分析类似的接触问题的有限元计算.     

基于接触分析方法的机匣安装边密封性研究

针对某型航空发动机外涵机匣开环形槽结构的安装边,建立了包括安装边和连接螺栓的有限元计算模型.采用有限元接触分析方法对安装边结合面的接触应力和接触间隙进行了计算,分析了安装边螺栓孔距、安装边厚度和开槽深度对安装边密封性的影响.结果表明,安装边开环形槽结构有利于密封,适当增加安装边螺栓数和安装边厚度可改善其密封性.     

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。     

榫连接结构微动疲劳寿命研究

根据航空发动机叶片和轮盘的榫连接结构接触区域的几何特性,对其微动疲劳接触问题进行了简化.通过有限元方法对简化模型进行数值计算分析,获取相应的应力、应变和位移.将临界平面法和微动损伤机理相结合,提出了一个微动损伤参量,并建立相应的微动疲劳寿命预测模型.将TC11试验件和榫连接构件的微动疲劳试验寿命与预测寿命进行比较分析.结果表明:所建立的微动疲劳寿命模型其预测结果误差分散带均在2倍因子以内.      

三维弹塑性接触问题的边界元法

将边界元法发展用于解决三维弹塑性接触问题,推导了无摩擦的三维弹塑性接触问题的积分方程,讨论了其数值解技术。数值结果与有限无法的数值结果对比表明,所发展的方法是成功的。     

复合材料机械连接结构分析中的接触算法适用性研究

采用有限元方法计算复合材料机械连接结构孔边接触应力分布时,需要保证其结果的可靠度。分别以Nastran、Marc和Abaqus为平台,研究小滑移接触检测技术和有限滑移接触检测技术以及拉格朗日乘子法、直接约束法和罚函数法等接触约束施加技术的基本原理与特点,结合复合材料销钉连接结构应力分析实验与数值计算,验证各接触算法的准确性和适用性。结果表明:在复合材料机械连接结构有限元分析中,应当采用有限滑移接触检测技术和罚函数接触约束施加方法以提高计算精度。     

一种基于有限元法和弹性接触理论的齿轮啮合刚度改进算法

提出了一种将有限元法和弹性接触理论相结合的齿轮啮合刚度计算方法.该方法利用子结构法提取齿面原始柔度矩阵并分离出接触点弯曲变形,根据线弹接触变形解析公式计算接触变形,通过求解非线性变形协调方程得到齿轮时变啮合刚度和齿面载荷分布.以一对齿轮副为例,计算的啮合刚度与航空标准计算结果相差在6%以内.该方法发挥了有限元法在预测物体整体变形方面的优势,同时结合弹性接触理论能够准确计算局部接触变形的优点,与常规有限元法相比,能够有效地提升计算效率.由于接触变形问题的非线性,啮合刚度随总啮合力增加呈现非线性增大的趋势.      

航空发动机滚动轴承的载荷分布研究

滚动轴承载荷分布的研究大多应用基于Hertz接触理论的拟动力学法进行。由于Hertz接触理论半无限空间的边界条件,以及分析时采用刚性套圈假设,拟动力学法的计算结果与实际情况有较大出入。近年来随着有限元、边界元等数值计算方法的发展,使考虑套圈变形和边界条件影响的滚动轴承载荷分布的研究成为可能。建立滚动轴承载荷分布的有限元分析模型,分析载荷参数对轴承接触应力、接触角和变形的影响规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较。研究表明:由于有限元法考虑套圈变形以及边界条件的影响,与实验结果更为接近。     

Fluid structure interaction simulation of supersonic parachute inflation by an interface tracking method

An Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) approach with interface tracking is developed in this paper to simulate the supersonic parachute inflation. A two-way interaction between a nonlinear finite element method and a finite volume method is accomplished. In order to apply this interface tracking method to problems with instantaneous large deformation and self-contact, a new virtual structure contact method is proposed to leave room for the body-fitted mesh between the contact structural surfaces. In addition, the breakpoint due to the fluid mesh with negative volume is losslessly restarted by the conservative interpolation method. Based on this method, fluid and structural dynamic behaviors of a highly folded disk-gap-band parachute are obtained. Numerical results such as maximum Root Mean Square (RMS) drag, general canopy shape and the smallest canopy projected areas in the terminal descent state are in accordance with the wind tunnel test results. This analysis reveals the inflation law of the disk-gap-band parachute and provides a new numerical method for supersonic parachute design.     

有限元的一种并行算法及实现

当前,由于有限元素法大都使用串行算法,处理时间较长。本文根据有限元素法的特点和采用的并行计算机结构,提出了一种并行有限元算法,能大大提高其处理速度,加快处理周期。且算法简单,实现方便。     

干摩擦面上接触应力分布的混合分析法

为准确而方便地获得诸如航空发动机风扇（转子）叶片凸肩（叶冠）之间的干摩擦接触面上的应用力分布，将光测弹性实验方法与有限元数值计算方法结合，建立一种求解接触应力的滋合法。用云纹干涉法提取光弹模型接触面的位称作为计算的边界条件，获得接触面上的接触应力。该方法提高了计算方法的精度和效率，也克服了单纯用实验方法求解接触应力的困难和花费大的缺点。应用混合法分析了航空发动机带凸肩风扇叶片在高速旋转时凸肩间接触面上的接触应力，比较混合法一光弹性法所得接触应力分布，两的结果比较一致。     

动载下的圆柱齿轮接触应力分析

本文研究了一般三维弹性接触问题的有限元局部网格密化技术 ,并在此基础上结合有限元—线性规划法首次提出了一种计算直齿和斜齿圆柱齿轮啮合过程接触应力分布的方法。文中以一对航空斜齿圆柱齿轮为例 ,计算了在系统动载和静载作用下该对斜齿轮不同接触线上的接触应力 ,并与航标进行了对比分析。计算结果表明本文方法及其微机用程序系统是快速可靠的。     

接触热阻对固体火箭发动机烤燃时间的影响

应用有限元法对某模拟固体火箭发动机的热烤试验过程进行了数值模拟研究,对比分析了在相同的外界条件下,考虑接触热阻与不考虑接触热阻时推进剂的起始燃烧时间。结果表明,考虑接触热阻的影响对于准确预测发动机的烤燃时间有重要的影响。     

基于随机场局部平均的随机有限元法在实特征值问题中的应用

 本文将基于随机场局部平均的随机有限元法应用于结构分析中的实特征值问题,给出了2次摄动求随机实特征值和特征向量的1、2阶矩的有限元公式。算例表明,本文方法随单元数的收敛速度比现有的方法快得多,在较少单元数下即可获得满意的结果。