蒙皮加筋圆柱壳扭转频率的三种计算模型

为了给火箭等加筋圆柱壳结构的简化计算提供理论基础,研究了加筋圆柱壳面积等效方法中的扭转刚度计算方法,说明了不能直接根据等效厚度计算扭转刚度的物理机理,得到了桁条对圆柱壳扭转刚度的贡献可以忽略的结论.根据等效厚度以及桁条与蒙皮连接关系的不同处理方法,给出了计算扭转固有振动频率的等效梁模型、变厚度壳模型和壳-梁模型,分析了桁条在3种模型中对刚度和质量(包括转动惯量)的不同作用.为了消除根据等效厚度计算扭转刚度和扭转固有振动频率的偏差,分别给出了扭转刚度和扭转固有振动频率的修正方法.数值结果验证了修正方法和所得结论的正确性.      

三层壳体计算的刚度等效方法

针对三层壳体计算复杂的问题,提出了一种较简单的计算三层壳体的方法——刚度等效法.该方法可以充分利用通用板壳理论的研究成果,直接使用通用板壳理论的公式.使用刚度等效法计算三层壳体可以减少计算工作量,并保留较高的计算精度.分析了通用板壳理论中的公式特点,根据刚度等效原理,给出了三层板的刚度等效计算过程,推导出了三层板的等效弹性模量和等效厚度的计算公式.在算例中,直接把三层板的等效弹性模量和等效厚度代入通用板壳理论的公式,计算出了弹性基础上三层圆柱壳体的位移.通过数值计算对刚度等效方法进行了验证.刚度等效方法可以用于其它多层薄壁壳体的计算.      

整体壁板压弯成形等效计算模型

分析了筋条内弯型整体壁板压弯成形过程中蒙皮和筋条的弹塑性变形分布,鉴于内弯筋条发生塑性变形而蒙皮主要为弹性变形的特点,提出了一种将蒙皮部分简化为虚拟材料筋条的几何等效方法.推导了基于惯性矩的虚拟材料等效系数计算公式,给出了复杂网格筋条壁板等效模型建立过程和虚拟材料系数计算方法.进行了Ⅰ型单筋条和网格筋条壁板的有限元分析和压弯实验,对比分析了完整模型和等效模型的计算效率和精度,并用实验数据进行了验证,表明建立的压弯成形有限元等效模型精度可靠、效率数倍提高,为大型整体壁板压弯成形分析和工艺参数优化提供了基础.     

有涂覆层的导体圆柱空间散射特性的数值计算

文中根据带有涂覆层的导体圆柱在平面波的照射下的散射场表达式,进行了全面的数值计算,说明了虚宗量的Bessel函数和Hankel函数的计算方法,分别给出了平行极化波和垂直极化波入射时双站RCS的计算曲线,包括不同涂覆层厚度的影响、入射波频率、涂覆层介质的相对介电常数、导磁率变化时双站RCS的变化规律,获得了有参考意义的结果.     

夹层壳的总体稳定性

本文由两部份组成,第一部份是从扁壳理论出发建立不对称夹层壳的基本微分方程,并给出不对称夹层圆柱壳的临界轴压和临界外压计算公式,以及不对称夹层球壳的临界外压计算公式。第二部份对夹层圆柱壳和截锥壳的临界外压计算进行了较详细的研究。给出了四个夹层圆柱壳的外压试验结果和两个夹层截锥壳的外压试验结果。对夹层圆柱壳的临界外压计算给出了设计曲线和近似计算公式,并与试验结果作了比较。根据夹层截锥壳的外压试验结果,对夹层截锥壳的临界外压计算提出了较为恰当的当量圆柱壳方法。     

环氧树脂基复合材料加筋板结构吸湿行为研究

环氧树脂基复合材料的性能对湿热环境敏感，掌握该材料所组成结构的吸湿行为对其实际应用具有重要意义。通过以碳纤维环氧树脂基复合材料层合板的non-Fickian吸湿模型为基础，建立环氧树脂基复合材料加筋板结构的non-Fickian吸湿模型，在70℃/85% RH湿热条件下开展加筋板结构的吸湿实验，对所建立模型进行验证，并与已有的加筋板吸湿模型进行对比，通过所建立模型给出了加筋板沿厚度方向的吸湿量分布规律。结果表明:所建立加筋板non-Fickian吸湿模型的计算结果与实验结果吻合良好，在整个吸湿阶段相对误差小于5%，模型的预测精度高于传统Fick模型。所建立的加筋板non-Fickian吸湿模型可用于环氧树脂基复合材料加筋板层合结构吸湿量的准确预测。      

结构动力特性分析中的圆角建模方法

针对薄壁结构中存在大量的圆角,提出了运用梁单元与壳单元组合的建模方法对圆角进行等效建模。通过分析圆角对薄壁结构的刚度贡献,提出圆角对结构刚度的贡献分为面内刚度贡献和面外刚度贡献。圆角对面外刚度的贡献与梁的作用等效,通过运用扭转相关理论推导出等效梁单元的截面参数。对于圆角的面内效应,运用壳单元对其进行等效建模,采用平面应变状态假设,将三维结构简化为二维结构。在平面内,通过刚度等效原理计算出壳单元的等效厚度与弹性模量。通过2个实例验证了圆角建模方法的正确性与准确性。      

动力学分析中铝蜂窝夹层板的等效问题

在卫星结构的动力学分析中,经常碰到蜂窝夹层板的等效问题.因其为复合材料,不能直接给定出材料特性和几何特性,因此通常将蜂窝板等效成单层板进行建模分析.在其等效中有平面拉压等效、弯曲等效、拉压加弯曲等效、拉压加弯曲再加剪切等效等;有等厚度等效和不等厚度等效;有直接给定蜂窝元等进行计算,并通过具体结构的分析比较,给定了比较合适的等效方法.为结构动力学蜂窝夹层板结构的建模提供了依据.     

面铣刀正交车铣加工切屑厚度的计算方法

切屑厚度的求解是进一步研究切削过程机理以及实现加工过程仿真的基础.针对面铣刀正交车铣加工过程进行了研究,通过对刀刃轨迹进行简化,推导了计算几种不同形状面铣刀切屑厚度的统一公式,并结合几组具体实例与通过数值方法求得的切屑厚度进行了对比.最后,应用所建立的切屑厚度计算公式实现了对正交车铣加工切削力的仿真,并在车铣复合机床上进行了实验验证.对比仿真实例及切削力实验结果显示所给出的切屑厚度计算模型具有良好的精度和较高的计算效率.同时,统一的表达形式也使得所提出的方法适合于正交车铣加工过程通用仿真软件的开发,具有较大的工程应用价值.      

等效地球半径法应用中的问题

为阐明等效地球半径法应用的范围和应用中应该注意的问题,从等效地球半径法的定义推导了等效地球半径模型与实际地球模型之间量的映射关系.给出并证明了等效过程中等效地球半径模型与实际地球模型下的射线高度、仰角、长度相等,而地心角在转换过程中约为3/4的映射关系.讨论了需要利用地心角映射关系进行计算时的两种情况,同时给出计算结果和误差分析.     

一种可收拢展开的X截面伸杆设计及力学性能分析

对比分析了不同截面形式管状伸杆的力学性能，发现TRAC截面比STEM和CTM截面具有更大的截面惯性矩与收拢高度之比，但其截面厚度较大，且弯心与形心不重合，导致局部弯扭组合屈曲.提出了一种管状伸杆的新型截面形式XTEM，其具有两个对称轴，弯心与形心重合；设计并建立了四种截面形式的伸杆有限元模型，分析得到了四个截面的截面惯性矩.结果表明，在同样的收拢高度下，XTEM截面伸杆在厚度增加较小的情况下，两个轴向的截面惯性矩比CTM截面分别增加了77%和35%，比STEM截面分别增加了30倍和6.7倍.      

卫星转动惯量测量方法

介绍了用扭摆,通过倾斜安装测量卫星三个方向转动惯量的一种方法。分析了IYY测量准确度和测量倾斜角大小、IYY/IXX的比值、倾斜角误差之间的关系。当倾斜角度θ〉45°时,IYY能够达到较高的测量准确度。     

组合航天器转动惯量在轨两步辨识标定

在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提,文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化,得到特殊的转动惯量比矩阵,建立与其相关的姿态动力学模型,提出了基于扩展卡尔曼滤波的在轨辨识算法,基于星上陀螺角速率测量信息在100s左右辨识出所有转动惯量比参数,克服了由于模型简单导致转动惯量信息辨识不完整的缺点;第二步基于第一步辨识得到的转动惯量比参数,采用最小二乘算法辨识得到滚动轴转动惯量值,计算量小,消耗能量少。最后给出仿真算例,辨识精度基本在1|之内,验证了方法的有效性。     

基于等效梁模型的长直机翼动力学与颤振分析

针对多自由度的复杂结构,建立简化的等效结构模型,可以快速、有效地进行结构分析.采用能量等效的方法,将多自由度、结构复杂的长直结构等效为空间梁,推导得出等效梁的刚度值和惯量值,利用有限元法得到总体刚度阵和质量阵.针对某机翼模型,得出了等效梁的刚度值和惯量值,进行了振动和颤振特性分析,并分别与有限元软件的计算结果作了对比.结果表明:该等效建模法大大降低了结构自由度,振动及颤振分析误差较小,而且其主要参数值方便修改,因此该方法可用于飞行器的初级设计或结构优化设计.     

Influence of different data fusion methods on the accuracy of three-dimensional displacements field

Combining multi-source data can improve the accuracy and the spatial resolution of the three-dimensional (3-D) displacements field. How to effectively integrate multi-source data to obtain high-precision and high spatial resolution 3-D displacements field is worthy of further study. The stochastic model and fusion model of integrating multi-source data affect the accuracy of data fusion. In this paper, based on the least squares method, the effects of different stochastic models and data fusion models on the 3-D displacements field’s accuracy are studied. The optimal method for estimating large-scale 3-D displacements field from integrated InSAR, leveling and GPS measurements is obtained. Then we realize the integrating InSAR, leveling and GPS measurements to obtain the high-precision 3-D displacements velocity field in Tianjin (China) from 2016 to 2018. The results are validated with GPS measurements at 6 independent stations, with the root mean squares (RMS) residuals of the discrepancies being 2.39 mm/yr, 2.54 mm/yr and 2.83 mm/yr in eastern, northern and vertical directions, respectively. By comparing different stochastic models, the 3-D displacements field obtained from multi-source data is optimized by the variance component estimation-least squares method, which is better than weighted least squares (WLS) method. By comparing different data fusion models, the accuracy of the horizontal displacements velocity is better than that of interpolated GPS results. The horizontal displacements component has a great influence on the vertical displacements velocity accuracy in the process of acquiring the 3-D displacements velocity by integrating InSAR, GPS and leveling measurements. This study provides a reference method for integrating multi-source data to obtain 3-D displacements field. This method effectively utilizes the advantages of GPS, InSAR and leveling measurements, and extends the limitations of single technical in describing surface-time scale applications. The 3-D displacements information with a large spatial scale and high spatial resolution provide a reliable data basis for studying the crustal movement and its dynamic mechanism.     

横向加强构件作用下的开口薄壁梁等效建模方法

卫星结构中通常有大量横向加强构件作用下的开口薄壁杆件,横向加强构件一般沿杆件轴向均匀分布,通过对这类结构研究,理论上证明了这种结构的振动微分方程与普通的开口薄壁梁振动微分方程有相同的形式,因此可以用开口薄壁梁单元进行等效计算。本文建立了开口薄壁梁的3种数学模型:有限元模型、传递矩阵模型和解析模型。采用优化理论中序列二次规划对等效截面参数进行辨识,同时分析了不同目标函数对辨识结果的影响,并且提出了一种对截面初始参数进行估计的方法。对于有限元模型,提出采用MATLAB与ABAQUS交互式参数优化方法,充分结合二者优点可以快速高效地对截面参数进行优化辨识,具有较强的通用性。通过实验验证了这种等效建模方法的正确性与精确性。所提出的等效建模方法可以减少90%以上的单元数量。通过建立这种简化模型,可以大幅度提高整星结构模型修正与结构重分析的效率。