加筋壁板结构非线性屈曲数值分析研究

应用非线性有限元分析技术采用ANSYS10.0有限元计算软件细致研究了飞机加筋壁板结构在受压状态下的非线性变形及稳定性特性,考虑了不同边界条件、不同加载方式以及不同筋条厚度对特征值屈曲分析临界栽荷的影响.并比较了非线性分析下结构的临界屈曲载荷与线性屈曲分析下的临界屈曲载荷.同时提取板上不同位置上节点的位移/加载曲线,面外挠度/加载曲线,等效应力/加载曲线,对结构非线性特性进行了细致分析和讨论.并以面外挠度为纵坐标得出了长截面与短截面的屈曲波形图,细致表现了加筋板的非线性屈曲形态与规律.     

轴压载荷下复合材料加筋板后屈曲承载能力研究

建立了轴压载荷下复合材料加筋板后屈曲承载能力分析有限元模型,计算了航空结构中典型的工字型、T型和帽型复合材料加筋板的屈曲载荷,并采用渐进损伤分析方法对复合材料加筋板后屈曲极限破坏载荷与破坏模式进行了研究.研究了筋条截面形状、筋条铺层方式对复合材料加筋板后屈曲特性的影响,研究结果可以为复合材料加筋板的设计提供参考.     

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。     

SiC纤维增强整体叶环破裂转速研究

为研究航空发动机SiC纤维增强钛合金整体叶环的强度,采用有限元法计算了整体叶环子午截面的周向应力分布,分析了其承载模式和理论破裂转速,然后通过高速旋转台试验测定了整体叶环的实际破裂转速。研究结果表明,以复合材料的局部最大周向应力计算的整体叶环的破裂转速与实际测试结果最为接近。叶环残骸断口SEM照片显示,超速旋转过程中首先发生了SiC纤维丝与钛合金基体的界面分脱,随后纤维丝被拉断导致复合材料承载能力下降,最终引起整体叶环的破裂。     

基于叶尖间隙测量的航空发动机转子振动预测

基于叶尖间隙测量,进行了航空发动机转子振动位移和轴心轨迹的预测方法研究,建立于叶尖间隙变化动态模型,对叶尖间隙变化进行了数值计算以及有限元仿真,并针对带机匣的转子试验器进行了试验研究。采用电涡流传感器对相互垂直的两个测点进行叶尖间隙测试;通过Hilbert-Huang变换对信号进行处理,提取其低频分量;再利用互相关分析方法提取出转频信号,并由转频分量绘制了轴心轨迹;与直接测得同截面转轴上的轴心轨迹相比,两者的吻合度达到90%以上,试验结果充分表明了研究方法的正确有效性,为通过叶尖间隙测试间接获取转子振动位移提供了有效的技术途径。      

单转子压气机出口三维流场紊流特性

单转子压气机设计状态出口叶尖通道中部、叶根吸力面角区和转子尾迹内具有较强的紊流脉动,泄漏涡是造成尖部气流掺混的主要因素。近失速状态通道内气流脉动明显增强,并沿周向和径向呈现出较大的梯度,叶尖通道中部的紊流强度分布证实了气流剧烈交混的发生,0.87 叶高和0.25 叶高吸力面附近的强紊流中心来源于叶背附面层分离形成的旋涡。在出口测量截面上紊流强度3 个分量的最大值,径向分量最大,轴向分量次之,切向分量最小。      

总压畸变在三级轴流压气机中的传递性能研究

介绍了一种计算进气畸变的方法.通过求解非稳态三维欧拉方程,计算压气机各截面气流参数分布.以74A三级压气机为例,进行了周向总压畸变传递特性计算,得到了压气机进口存在总压畸变时总压、静压、总温和流量系数在各截面上的分布规律,得出了畸变强度、畸变范围和畸变位置在轴向上的分布规律.      

发动机环形燃烧室点火过程可视化实验研究

为有效捕捉环形燃烧室中火焰传播规律明晰其点火联焰机理,在浙江大学TurboCombo实验平台上,借助高速相机记录燃烧室整个点火过程,开展可视化实验研究。本文主要介绍了三种构型下(直喷环形燃烧室、斜喷环形燃烧室、带涡轮导叶的直喷环形燃烧室)的点火过程相关机理研究,分析了：火焰传播过程特征；斜流喷嘴引入周向速度分量后所作用周向联焰的过程；涡轮导叶对周向点火过程和周向点火时间的影响。研究表明,高速可视化测量可追踪环形燃烧室中整个点火过程,有助于明晰环形燃烧室点火联焰机理。该项研究有助于APU等航空发动机高空点火性能的分析。     

压气机叶片非同步振动机理及气动布局优化研究

针对航空发动机叶片中的非同步振动诱发叶片断裂失效问题，基于时域推进的方法建立了压气机全周物理域的流固双向耦合模型，旨在对周向非定常扰流和叶片气动弹性特征进行更合理的描述。通过该模型揭示了叶片非同步振动的发生机理，并通过一定的气动布局手段优化了叶片表面气动力和振动幅值。研究表明：叶尖泄漏流与主流掺混后形成的通道涡是诱发叶片产生非同步振动的根本原因，而掺混流的周向传播强度仅在一适中的范围内时才具有产生明显通道涡的能力，并提出以通道前缘截面上的流动相对周向动量Wmix为判断通道涡和振动幅度强弱的依据。导叶偏转角或导叶栅距非谐程度的增大，均会对掺混流的周向强度有一定的加强作用，使得通道涡强度和非同步振动幅值呈现先增大后减小的趋势。     

复合材料机身框轴向压缩屈曲分析与研究

通过试验研究了复合材料机身框承受轴向压缩载荷下的失效模式,并与工程理论计算、有限元分析进行对比。试验研究的框构型包含"C"型框和"Z"型框,试验结果显示,复合材料机身框与蒙皮结构在承受沿框方向的轴向压缩载荷时,首先蒙皮发生局部屈曲;随着载荷的增大,框腹板和内缘也发生局部屈曲,最终导致整个框截面的破坏。对蒙皮局部屈曲采用两加载边简支、两侧边固支的层压平板屈曲工程分析方法,分析结果表明,工程理论计算与试验数据吻合良好,并且理论值具有保守性。对于框腹板及框内缘这类薄壁结构,其边界支持作用弱于简支,导致工程理论计算结果不保守。为了获得框腹板与框内缘更准确的局部屈曲结果,必须采用几何非线性有限元建模分析。     

几种载荷同时作用下三铰拱轴线的形状优化

针对集中载荷、均布载荷以及填料重量载荷同时作用下的三铰拱结构,以高次抛物线为拱轴线方程,提出了优化拱轴线的方法,建立了以各控制截面弯矩平方和为最小的优化目标函数和约束方程。文中实例表明,通过对拱轴线的优化,可以有效地降低拱横截面上的最大弯矩,计算结果可供工程实际参考。     

Analysis of the effect of stiffener profile on buckling strength in composite isogrid stiffened shell under axial loading

In this paper, the buckling behavior of thin-walled GFRP cylindrical shells with triangular lattice patterned reinforcements formed by helical and circumferential ribs under axial force is analyzed. In this analysis, various models of composite isogrid stiffened cylindrical shells with outer diameter of 150 millimeters, shell thickness of 0.5 millimeters and height of 280 millimeters, stiffened with 6 helical and 2 circumferential ribs and all with the same material properties of shell and ribs are used. Ribs have constant section areas but different shapes and cross section profiles. The effects of these differences on buckling strengths of structures under axial load are studied. For analysis and modeling of structures, Finite Element Analysis method and ANSYS software were used. The results (elastic buckling load) for each model were derived and based on these results, ratio of buckling strengths to weight parameters were calculated for each model and were compared to results obtained from other models. The effect of profile of the ribs on the buckling of shells under axial loading can be concluded from the results. Results showed that stiffening the shells increased the buckling load from 10% up to 36% while decreased the buckling load to weight ratio to 42% up to 52% of an unstiffened shell.     

反对称正交铺层层板的热稳定

1.导言 复合材料结构在外载作用下力学响应由于温度的变化,层板的稳定问题的研究才刚开始涉及。热失稳问题在层板结构的应用中可能会产生,比如当宇航器在外层空间飞行时,由于受到太阳的幅射,温度改变而使层板失稳。国外有不少学者已开始这方面的研究,然而大都还限于经典理论范畴。本文提供的层板临界失稳温度控制方程是在Kirchhoff假设基础上考虑横向剪切变形影响后得来的,对于反对称正交铺设层板,可以找到解析解,并将结果与对称正交层板、经典理论结果作了比较,本文的结论对层板热稳定设计有一定     

飞机机身加筋壳失稳状态的曲栅云纹实验研究

 本文用曲栅云纹法测定了两种类型,八组不同加筋方式和蒙皮厚度,共28个飞机机身加筋柱壳结构模型,分别在轴压或均匀内压力作用下的初始屈曲临界载荷、总体失稳载荷和屈曲失稳过程的波形分布等有关参数。     

纤维增强叠层圆柱壳的8阶方程及其解

 关于叠层圆柱壳的问题,本文首先引入一个广义位移函数,并针对叠层圆柱壳的弯曲、稳定和振动问题,推导出关于广义位移函数的8阶偏微分方程。对于A（i6）=B_i6=D_i6=O（i=1,2）的典型情形,讨论了其精确解的一般形式。     

锥形薄壳的弹性稳定性

 本文用变分原理推导了锥形薄壳稳定性的基本微分方程式。在推导过程中,考虑了壳体微元在中面内的变形和绕各个轴的转动。所得的方程最后化为用三个位移表达的微分方程式,它适用于各种载荷情况,并避免了“唐纳尔型”方程的限制和出于物理想像来建立锥形壳微分方程式的错觉。作为本文理论应用的一个例子,最后用伽辽金方法近似解答了全锥在外压作用下的稳定性问题,获得了简洁的临界压力计算公式。所得结果与实验一致。     

复合材料薄壁圆柱壳体的稳定性

 本文讨论了复合材料圆柱壳体稳定性的复杂性,总结了已经取得的研究成果,并与有关实验进行了比较。重点评述了几何非线性、物理非线性、初始缺陷、横向剪切效应和前屈曲变形状态等因素对失稳性能的影响。对今后的工作给出了建议。     

直角切口柔性铰链平行四杆机构的屈曲分析

 介绍了研究柔性铰链机构屈曲特性的重要意义。利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程建立了计算直角切口柔性铰链平行四杆机构屈曲临界力的数学模型。在简单可靠的实验装置上测试了实际样件的屈曲临界力，并利用商用有限元软件ANSYS 8.0对相应的四杆机构模型进行了非线性屈曲分析。最终结果表明：理论值、实验值以及仿真值都十分接近，但仍存在一定的误差，通过原因分析，证实了存在这种误差的合理性，从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值，可以作为柔性铰链平行四杆机构屈曲优化设计的指导理论。     

Laminar cold-flow model for the internal gas dynamics of a slab rocket motor

This paper considers the internal fluid dynamics of the slab rocket motor based on a laminar cold-flow model. An idealization process applicable to nonreacting flows leads to a mathematical solution for both steady and unsteady flow variables. Results are compared to the circular-port solution. This brings into focus the effect of a motor's radius of curvature. By comparison to a circular grain, a planar cross section exhibits slower and more gradual flow turning near the wall. It also induces reductions in core velocities and vorticities by 1/2 and 1/4, respectively. On the one hand, it appears that the reduced vortical intensity could make the slab configuration more resilient to vibrations and acoustic combustion instabilities. On the other hand, decreasing the radius of curvature seems to inhibit the inward penetration of vorticity. By comparison with the circular port, the simulated slab exhibits a more spatially uniform pressure and an uneven mass efflux at the aft end. Since the mass efflux is concentrated in a thin sheet near the core, the slab configuration is likely to exhibit improved stealth capabilities. The temporal solution is derived using the composite-scale and multiple-order WKB techniques. Asymptotic results are validated via comparisons with finite-volume solutions of the complete Navier–Stokes equations. Simulated conditions apply to forward motor segments and planar cold-flow experiments.     

超声速流动中功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振机理

对高超声速环境中功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振机理及分岔特性进行了研究。分别采用活塞理论和Eckert参考焓方法模拟气动力以及气动加热效应,在求解板内二维热传导方程以及考虑温升对材料物性影响的基础上,建立了一个气动加热-气动弹性双向耦合的功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振模型。采用有限元方法对曲壁板控制方程进行了数值模拟,着重分析了不同拱高下曲壁板的分岔行为,探讨了拱高变化对曲壁板分岔图的影响,发现了曲壁板颤振三种典型的颤振行为,即:热屈曲、混沌以及规则振动。对初始拱高板厚比为1时,曲壁板的两种规则振动行为进行对比发现,随着马赫数的增大,气动加热效应所引起的热内力会使曲壁板的规则振动更加复杂,同时振动的主振型及频率均会发生变化。