集中力作用下悬臂梁几何中轴的弹性大挠度分析

以平截面假定为基础,并以几何中轴作为梁变形的参考轴,推导了大挠度情况下,弹性梁在轴力和弯矩联合作用下几何中轴的曲率——弯矩和轴力方程,并建立了求解几何中轴变形曲线的方程组,这样的方程组考虑了梁轴向变形的影响,克服了以中性轴作为梁变形参考轴时不能考虑轴向变形的不足。利用所建立的方程组,分析了受集中力作用的弹性悬臂梁大挠度问题,并同以中性轴作为梁变形参考轴的部分结果进行了对比。结果表明,当载荷较小时,2种理论计算出的弹性大挠度悬臂梁的变形曲线差别很小;而当载荷较大时,2种理论计算出的弹性大挠度悬臂梁的变形曲线存在比较明显的差异。     

准双曲面齿轮LTCA弯曲变形约束方法

针对现有准双曲面齿轮加载接触分析（LTCA）受载后得到的弯曲变形中包含由于柔性引起的变形和加载点与轮坯之间剪切变形的问题，提出了轮齿有限元模型约束方法用于消除柔性引起的变形和剪切变形。该约束方法在原有约束方法的基础上引入了约束轮坯内圈和轮齿中间平面的有限元模型，并给出了该约束方法对应的齿面法向柔度矩阵的计算过程。为验证该约束方法的正确性，将原约束方法、该约束方法及实验结果进行对比。结果表明:约束方法主要影响齿面加载接触印迹的范围，最大载荷时原有约束方法加载接触印迹到达齿面小端，而该约束方法的加载接触印迹在最大载荷时距离小端仍有3~4mm与实验结果吻合更好。      

考虑刷丝变形的刷式密封流场特性与力学特性流固耦合研究

应用双向流固耦合与动网格技术,建立了考虑刷丝变形的刷式密封流场与力学特性双向流固耦合瞬态三维求解模型.首先应用悬臂梁理论建立了刷丝的力学理论模型,将该流固耦合方法计算结果分别与理论模型和实验结果相互验证,在此基础上,分析了刷式密封的流场特性、刷丝的变形规律与应力特性以及刷式密封的滞后特性.研究结果表明:刷丝在气流力作用下会产生摆振运动,刷丝根部所受的应力也随着刷丝摆振运动而呈振荡变化;刷丝变形增大了刷丝与转子面间隙导致密封泄漏量增大,随着刷丝排数的增加,泄漏量先迅速下降,然后下降速度趋缓,最后趋于稳定;刷式密封随着末排刷丝与后挡板轴向间隙的增大,后挡板处相对压力系数逐渐降低,增加末排刷丝与后挡板的轴向间隙可有效降低滞后效应.      

基于CR理论的大柔性机翼几何非线性结构建模

大柔性机翼在气动载荷的作用下,将产生显著的弹性变形,常规线弹性理论的小变形假设不再成立,需要采用能够考虑几何非线性效应的结构模型进行求解。基于CR(Co-Rotational)共旋转有限元理论,把几何非线性大变形分解为刚体的旋转和平移及局部坐标系下的弹性变形,建立了适用于大柔性机翼几何非线性变形描述的结构模型。以大柔性悬臂梁为例,采用载荷增量法,研究了集中弯矩作用下的非线性变形特征,对静力学方法进行了验证,并讨论了耦合加载几何非线性变形特征;以类"太阳神"太阳能布局无人机(UAV)为例,研究了其几何非线性大变形特性。     

多自由度空间结构在高温钎焊环境下的热变形控制技术研究

以某航天动力系统用高压涡轮导向器的制造为例,针对其制造过程中存在的瓶颈短线问题,从零件材料特性、结构特点以及技术要求等多个方面,对问题产生的原因进行深入分析。从热态间隙控制方面出发,对多自由度空间结构在高温钎焊环境下的热变形控制技术进行了深入研究,并结合动力系统的生产制造对研究成果进行了实际应用和验证。并得出以下结论:通过工装压紧方式来控制热变形,压力部位越靠近焊接部位,效果越好;在钎焊过程中,在升温阶段完成后,两个零件因为钎料的渗透变成一体,在降温阶段,以同一个中心回缩,此时的钎焊缝间隙大部分已经被钎料填满,故间隙无法再发生变化;冷态间隙满足工艺指标要求的前提下,高温环境下的热膨胀变形会导致间隙变大;钎料在997℃左右开始熔化;且不能通过热处理制度控制流动速度及间隙变化,小范围的温度变化影响很小。总结出了一套适用于多自由度空间结构的热变形控制方法。     

梁壳组合结构的一种非线性有限元计算方法

提出了梁壳垂直组合结构在有限元计算中存在的问题,并以几何大变形问题为依托提供了解决该问题的计算原理和有限元方法。数值算例证明了该理论和方法的正确性。该法不仅适用于梁壳组合结构的大变形非线性计算,也适用于静动力小变形问题的线弹性分析计算。     

柔性悬臂梁的振动特性与等效线性化方法的局限性

等效线性化方法是大变形柔性梁振动特性分析的一种高效近似处理方法,其成立前提是必须满足小振幅假设.传统完全非线性分析方法通常难以定量表征几何非线性效应对结构参量的影响,不利于开展定性分析,也无法满足降阶建模的需要.以大变形柔性悬臂梁为研究对象,将静态大变形对梁振动特性的影响直接等效为对截面惯性矩和质量密度分布变化的影响,构造了一种物理指示意义更加明确的等效线性化方法,并通过对比验证了该方法的有效性.为进一步讨论等效线性化方法的局限性,设计制作了一根大变形柔性悬臂梁,采用定响应幅的定频稳态激励法测量了悬臂梁在3种不同振幅水平下的频率响应函数(FRF)曲线.计算与试验结果的对比分析表明:静态大变形条件下,当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值低于10％时,结构的FRF曲线变化非常小,系统可视做线性系统,等效线性化方法的计算误差≤6％,算法有效;当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值达到20％时,测试FRF的幅值在共振点明显降低,等效线性化理论的计算结果误差偏高50％以上,等效线性化理论将不再适用;试验悬臂梁的振动非线性效应主要受阻尼的非线性特性控制.     

涡轮复杂气冷叶盘结构变形分析模型简化方法

基于高压转子开展高压(HP)涡轮转子叶片叶尖变形分析可提高叶尖间隙的数值模拟精度，而高压涡轮转子叶片由于其复杂的气冷结构，有限元分析网格数量巨大；叶片和轮盘的榫接结构属于非线性分析，也需要足够的计算机时。针对该问题提出了一种复杂气冷叶片的简化方法和榫接结构接触计算简化方法，在不影响计算精度的前提下提高计算效率。采用该方法对典型结构高压涡轮转子进行了变形分析，与采用复杂气冷叶片模型和接触分析方法的变形分析结果进行比较。结果表明:涡轮叶片叶尖最大径向变形相对误差为0.47%，计算机时减少99%，证明简化方法和计算方法的有效性。      

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.      

热轧AZ31镁合金温变形中的微观组织演变

在50~250℃的温度范围和1.4×10^-3~1.4×10^-1s^-1的应变速率范围内通过单向拉伸试验检验了热轧AZ31镁合金的温变形性能。通过光学显微镜和透射电镜观察了温变形中的微观组织演变。结果表明:在温变形的初始阶段,孪生为主要的变形机理和硬化机制。由孪生变形积聚的畸变能和非基滑移的启动导致了动态再结晶的形核与长大。应变速率的提高对动态再结晶的抑制是造成AZ31镁合金温变形中应变速率敏感性的原因。     

Determination of maximum deflection in transverse bending of parallelogram plates using the conformal radiuses ratio

A problem of transverse bending of elastic isotropic parallelogram plates under the action of uniformly distributed load is considered. The plate sides are either pivoted or rigidly restrained. To determine the value of maximum plate deflection, it is proposed that an interpolation technique with respect to form factor be used; and as a geometrical argument, an inner-outer conformal radius ratio can be applied instead of the form factor.     

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。     

胶粘剂弹性模量对铝合金单搭接接头应力应变分布的影响

利用弹塑性有限元法研究胶粘剂的弹性模量对单搭接接头应力应变分布的影响.结果表明,随着弹性模量的增加,接头的应力峰值逐渐增大,并由胶层向胶瘤转移,其刚度越大,应变越小.低弹性模量胶粘剂的接头,载荷主要由胶层承担,胶层受力很均匀,而胶瘤的作用很小,胶瘤并没有很大地降低胶层中的应力峰值.高弹性模量胶粘剂的接头,胶瘤的作用很大,承担了很大一部分载荷,而胶层中部受力很不均匀.     

机匣法兰螺栓连接建模和密封性能分析

由于燃烧室机匣法兰螺栓连接处存在漏油问题,影响发动机的使用寿命和工作性能,还会污染环境、浪费油料。基于悬臂梁挠度变形理论,采用解析法推导螺栓连接结构挠度变形方程,建立优化连接结构密封设计的方法;在 ANSYS 中建立机匣螺栓连接精细有限元模型,计算法兰结合面在不同载荷形式下的轴向间隙分布;采用加强连接密封性的实施方案,通过数值模拟分析不同厚度密封圈的封严效果。结果表明：本文推导的方程能计算出法兰连接结构受载变形量,适用于连接结构密封优化,采用的方案能够解决实际工程应用中机匣法兰螺栓连接处漏油问题。     

受面内非均匀分布载荷的矩形板屈曲分析

薄板线性稳定性分析进行了很多年,发展得较为完善并且有手册可方便查阅。受非均匀面内分布载荷的板因为解析解不易求出,在分析中一般假设应力与边缘处的作用力分布规律相同。实际上此时板内的应力分布却与边缘处的不一样,而且还会产生另外两个应力分量,其影响取决于边界条件。采用有限元法分析非均匀载荷作用时薄板的稳定性问题,给出多种边界条件下的板的屈曲载荷,还给出了相应的基于受均匀载荷薄板屈曲载荷的当量因子。同时发现《飞机设计手册》中薄板受某线性载荷作用时的临界载荷因子不够精确。研究结果为承受非均匀面内分布载荷的板结构设计提供参考依据。     

Numerical Simulation of Dynamic Response of Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composite Beam with Matrix Cracks Using Multiscale Modeling

A multiscale method for simulating the dynamic response of ceramic matrix composite (CMC) with matrix cracks is developed. At the global level, the finite element method is employed to simulate the dynamic response of a CMC beam. While at the local level, the multiscale mechanical method is used to estimate the stress/strain response of the material. A distributed computing system is developed to speed up the simulation. The simulation of dynamic response of a Nicalon/CAS-II beam being subjected to harmonic loading is performed as a numerical example. The results show that both the stress/strain responses under tension and compressive loading are nonlinear. These conditions result in a different response compared with that of elastic beam, such as: 1) the displacement response is not symmetric about the axis of time; 2) in the condition of small external load, the response at first order natural frequency is limited within a finite range; 3) decreasing the matrix crack space will increase the displacement response of the beam.     

民用飞机机翼副油箱静载荷计算

以亚音速、大展弦比的大中型民用飞机机翼挂装副油箱为研究对象,分析CCAR-25部中载荷计算的相关适航条款内容,考虑外挂物自身运动及机翼结构弹性变形对副油箱气动载荷的影响,给出了副油箱静载荷计算的过载—速度包线,高度—速度包线、载荷计算情况等,在工程应用成熟的《运输类飞机载荷计算程序包》基础上,采用亚音速稳态定常流升力线理论与风洞试验相结合的方法,将机翼简化为悬臂梁进行气动弹性修正,开展副油箱气动力弹性修正计算、惯性力计算、副油箱质量实时更新、包线筛选等功能模块的研究,通过工程应用其计算精度满足要求,形成了满足适航条款的副油箱静载荷计算方法,规范了副油箱静载荷的计算流程,拓展了《运输类飞机载荷计算程序包》的功能。     

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中，在试验允许的常规载荷配平方案下，压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形，影响试验精度，因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构，在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数，通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后，采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示，优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形，配平载荷不影响考核区域的真实变形，证明了该优化方案的正确性和可行性。     

机身加筋壁板环向裂纹损伤容限试验与分析

机身壁板是飞机结构中的主要承力构件,也是损伤的主要产生部位,研究机身加筋壁板的裂纹扩展规律和剩余强度特性具有重要意义。在轴向拉伸载荷作用下,对含环向裂纹的机身加筋壁板进行损伤容限试验;利用ANSYS有限元软件对试验件进行应力强度因子分析,估算裂纹扩展寿命;基于线弹性断裂力学准则和线弹性断裂力学加塑性修正准则,计算剩余强度特征曲线,并对比分析计算结果和试验结果。结果表明:计算得到的裂纹扩展寿命与试验结果的相对误差为6.3%,满足工程要求;线弹性断裂力学加塑性修正准则估算的剩余强度更为合理,误差仅为2.6%,且偏安全。