双柔性杆多次撞击力分析

柔性构件的多次弹性撞击现象在工程中普遍存在,其中撞击力的求解一直是关键问题.利用瞬态波函数特征值展开法,给出多次撞击过程和分离过程的杆中瞬态波传播的理论解,提出计算双柔性杆多次撞击力的瞬态波效应法,该方法避免求解具有未知奇异载荷项的强非线性方程.实现了对多次撞击问题的精确的数值分析,研究了初始撞击速度对撞击力和撞击发生时间的影响,表明瞬态波效应法可以计算多次撞击力时间历程.初始撞击速度越大,撞击力幅值越大,而且撞击力的峰值在前三次撞击过程中是逐次增加的,后趋于稳定,并可以研究"次撞击"现象.为进一步研究复杂柔性结构系统多次撞击问题以及重复撞击引起的长期系统动力学行为提供了可借鉴的有效研究方法.      

超高速撞击条件下铝合金材料参数识别方法

在超高速撞击过程中,金属材料在大变形、高应变率条件下的材料参数获取是一个研究难点.在确定Steinberg本构模型和Gruneisen状态方程前提下,结合已有的物理试验结果,采用SPH(Smooth Particle Hydrodynamic)算法实现超高速撞击问题的数值模拟,定义优化目标为物理试验结果和仿真结果之间的相对误差值,利用连续响应面法SRSM(Successive Response Surface Method)对铝合金6061的Steinberg本构模型中的4个关键参数进行优化识别计算.经过识别的材料参数与物理试验的结果近似程度更好,证明了这种方法的正确性和可靠性.      

梁结构线弹性碰撞的解析解

把结构弹性碰撞问题可以看成是碰撞结构集成系统振动初值问题,本文根据这一对策,得到了质点、杆分别与简支梁横向碰撞问题之解析解.借助数值分析方法详细探讨上述两种碰撞问题的动态响应特性,分析了冲击载荷的收敛性.用弹簧模拟接触变形,分析了接触变形对收敛性和碰撞响应的影响.     

基于有限元Craig缩聚模型的基础激励和载荷识别

载荷识别是用有限自由度的加速度测量值推断外力.基础激励是在基础自由度上加给定的加速度时间历程激振结构,求整个结构的动响应.利用Craig减缩模型的性质,及界面自由度的已知运动可求出整个结构其余自由度的动力学响应,完成基础激励求解.在此基础上用已知的界面自由运动和求得的非界面自由度的动力学响应,代入结构动力学方程即可实现载荷识别.本方法唯一能给基础激励和载荷识别结果带来的偏差是Craig缩聚模型与原始有限元模型间的差异,对此用频响分析的方式,直接从频响曲线的变化来确定缩聚模型的精度.算例表明这一新的基础激励和载荷识别途径是有效的.      

球杆碰撞问题的数值分析和实验研究

报道一种球杆低速碰撞问题的理论与实验研究结果.通过球杆碰撞实验,验证了Hertz接触理论,并表明低速碰撞问题的分析的确可以转化为常规的振动响应问题的分析.因此,利用MSC/NASTRAN及其特殊数据卡就可计算此类问题.计算结果与实验数据吻合很好.另外,通过这个比较基本的实验,澄清了用激光测振仪测量撞击的一些技术问题,从而为以后更复杂的结构撞击实验提供了经验和技术.      

基于电学成像的蜂窝夹层结构超高速撞击损伤监测

针对航天器遭受空间碎片和微流星体撞击的问题,对蜂窝夹层结构的超高速撞击损伤监测进行研究。提出将碳纳米管薄膜共固化在蜂窝夹层结构面板表面使之具有自感应能力,结合电学成像技术对超高速撞击造成的损伤进行监测和识别。采用二级轻气炮对自感应蜂窝夹层结构进行了超高速撞击,在撞击前后分别向感应层注入微小的激励电流,根据边界电压变化重建损伤引起的电导率变化图像,从而提供有关撞击和损伤的信息。试验结果表明,基于碳纳米管薄膜的感应层性能良好,重建的电导率变化图像能够较好地反映损伤个数、位置和近似尺寸,验证了所提出技术方法的有效性,为航天器结构超高速撞击监测提供了一种新的技术手段。     

小行星防御动能撞击效果评估

以动能撞击防御潜在威胁小行星概念为背景,采用物质点法(Material Point Method,MPM)模拟了铝弹高速撞击S型小行星的过程,将撞击结果导入引力N体–离散元动力学模型中,对其后续演化过程进行仿真,并分析了撞击后碎片对地球的威胁指数。结果显示小行星在高速撞击的作用下部分破碎,大量碎片以与撞击方向相反的速度向外喷射,从而提升了小行星的撞击偏移效果。研究采用了两种不同结构的小行星模型:完整结构(monolithic structure)的小行星在遭受撞击后会喷射出比原小行星小得多的碎片,而碎石堆结构(rubble-pile structure)的小行星在撞击作用下可分裂成大小和速度分布较为均匀的碎片。威胁指数的分析表明动能撞击方式确实有效减小了小行星的威胁程度,撞击后的最大剩余碎片可被成功偏移至安全轨道,但仍有部分碎片会与地球相撞。与完整结构相比,针对碎石堆结构小行星的撞击防御的总体效果更好,次生灾害主要为大质量碎片的撞击。研究方法可用于未来开展防御小行星的动能撞击任务的撞击条件选择和撞击结果预估。     

杆-梁和梁-梁组合结构中的波动现象

杆-梁结构和梁-梁结构都是典型的组合结构.用间接模态叠加法分析杆-Timoshenko梁之间以及两根Timoshenko梁之间的碰撞问题.在间接模态叠加法中,首先分别独立求得杆和梁的固有频率和模态函数,然后建立碰撞体和靶体之间的位移协调方程,并用逐步积分方法求解该方程.分析了纵波和剪切波在杆和梁中的传播特性.      

结构模态参数识别——传递函数法

本文介绍了两种结构模态参数识别的算法。结构近似地考虑为具有粘性阻尼的线性体系,通过实验测量得到的传递函数值与这个模型所导出的传递函数之间的最小二乘法拟合,分别用阻尼因子法和修改的Levy法,可以获得结构模态参数的估计。文中用计算机模拟,作为数据处理的实践并讨论了模态参数识别中的一些问题。     

基于AQSSE方法的基础隔震结构损伤识别

提出自适应二次误差平方和(AQSSE,Adaptive Quadratic Sum-Squares Error)方法对基础隔震结构进行在线损伤识别实验研究.建立基础隔震结构实验模型,进行振动实验.实验过程中采用一套刚度元件装置在线模拟结构损伤,测量模型加速度响应和位移响应,基于测得的加速度信号和AQSSE方法在线识别基础隔震结构的参数和位移,并追踪参数的变化,从而识别结构损伤.研究结果表明:在两种典型地震波激励下,通过不同时刻的刚度突变模拟结构损伤,AQSSE方法得到的结构参数值与有限元分析结果一致,且识别得到的位移曲线与实验测量的位移曲线吻合良好,验证了AQSSE方法在基础隔震结构参数识别与损伤追踪中的有效性和准确性.     

Application of ADER Scheme in MHD Simulation

The Arbitrary accuracy Derivatives Riemann problem method(ADER) scheme is a new high order numerical scheme based on the concept of finite volume integration,and it is very easy to be extended up to any order of space and time accuracy by using a Taylor time expansion at the cell interface position.So far the approach has been applied successfully to flow mechanics problems.Our objective here is to carry out the extension of multidimensional ADER schemes to multidimensional MHD systems of conservation laws by calculating several MHD problems in one and two dimensions: (ⅰ) Brio-Wu shock tube problem,(ⅱ) Dai-Woodward shock tube problem,(ⅲ) Orszag-Tang MHD vortex problem.The numerical results prove that the ADER scheme possesses the ability to solve MHD problem,remains high order accuracy both in space and time,keeps precise in capturing the shock.Meanwhile,the compared tests show that the ADER scheme can restrain the oscillation and obtain the high order non-oscillatory result.     

MIMU/GPS嵌入式组合导航中GPS信号非相干搜索算法分析

对于GPS信号的搜索捕获采用长积分时间相干搜索算法,会导致频率的搜索范围增加,而采用非相干积分搜索算法将增加平方损失．针对非相干搜索算法中由于多普勒频移估计偏差和码移估计偏差的影响而导致的平方损失,提出了基于微惯性测量单元MIMU／GPS嵌入式组合导航辅助的时域非相干搜索算法来提高对卫星信号的捕获能力,并对其捕获性进行仿真分析研究．结果表明,采用MIMU辅助的时域非相干搜索算法可以提高对GPS信号的捕获能力．     

超声速进气道可压及不可压流动数值模拟

采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmetric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstream Splitting Method)格式、中心差分2种空间离散格式,求解该预处理NS方程组.通过圆弧凸包流动和二维方腔顶盖驱动流动的数值试验表明,该方法克服了传统时间迭代方法模拟低速流动时的刚性问题,加速了收敛过程,可以同时有效地模拟可压及不可压流动.用此方法与块结构化网格技术相结合,进行了在不同飞行马赫数、攻角和出口反压条件下,混压式轴对称超声速进气道三维流场数值模拟.计算结果表明:该方法能准确地捕获复杂激波系,清楚地揭示进气道三维流动现象;进气道性能随工作条件的变化规律,与理论分析一致.      

一种用于破碎岩土的异型弹芯撞击响应分析

为探索射弹破岩方法,对一种截面为“风机叶片”式的异型弹芯的撞击原理进行了系统分析,在此基础上构建了其撞击过程的一维动力学响应模型,计算获得了该弹芯的运动变化特征参数,并讨论了关键结构参数对撞击特性的影响.结果表明：该弹芯撞击过程中头、尾速度之间为线性关系,近似满足伯努利方程;同时,减少头部内倾角,增加预制刻槽数目均有利于扩大对异型弹芯对岩体的横向破岩范围.     

天文观测卫星动中探测机动测试系统设计

天文观测卫星普遍采用动中探测模式开展空间探测任务。为了实现动中探测姿态机动模式的地面有效验证，设计了整星机动集成测试方案。设计惯性空间基准的地面动力学仿真，满足惯性空间扫描仿真；设计整星各分系统间高精度时间统一系统，为整星机动测试提供统一基准；基于STK与Matlab接口模块，设计基于实时遥测数据的可视化判读系统，可提高测试判读实时性与准确度。整星测试结果表明，该方案有效验证了动中探测任务中姿态机动功能的正确性和指标符合情况，为开展整星地面测试和在轨应用提供了参考。     

Mass-spectrometric in situ studies of cometary organics for p/Halley and options for the future.

When the VEGA and GIOTTO spacecrafts flew by comet p/Halley in 1986 the mass-spectrometers Puma and PIA measured the composition of cometary dust particles impacting at speeds of well above 65 km/s. Ion formation upon impact lead to mostly atomic ions. However, a small fraction of the ions measured could be related to molecules. A sophisticated analysis allowed for the first time to point to the chemical nature of cometary organics based on actual mass spectra. With the instrument CoMA for the NASA-BMFT mission CRAF much higher mass-resolution and molecule masses become accessible for in situ measurement, and will yield complementary information to the gas chromatograph CIDEX also onboard CRAF.     

敏捷卫星控制分系统动中成像姿态机动模式的集成测试方案设计

摘要： 动中成像姿态机动模式作为敏捷卫星一种新的工作模式,具有机动过程复杂、姿态实时变化、指标要求更高的特点,原有的集成测试环境和测试方法难以对其进行有效验证,针对这一问题,设计了分系统集成测试方案.该方案对分系统集成测试环境的主控机、动力学模型和数据分析系统进行设计,实现了基于任务的自主测试、目标姿态计算模型和可视化测试功能,对测试方法中的机动模式的典型测试工况和指标测试进行了研究.测试结果表明,该方案可有效验证控制分系统姿态机动功能的正确性和指标符合情况,为开展分系统集成测试提供了思路.     

瑞利索莫菲衍射与物理光学积分的应用比较

针对准光学中电磁场传播的计算问题,研究了从不同角度出发所采用的瑞利索莫菲标量衍射积分公式和基于矢量的物理光学积分公式内在的一致性与区别.首先从物理概念上区分这两种积分方法,然后在平行口面间电磁场传播的条件下,讨论两种积分公式的一致性.借助高斯波束传播解析解作对比,分别应用两种积分方法实现了高斯波束传播的数值仿真,给出了二者在处理电磁场传播问题时的精度与处理矢量衍射时的不同应用.     

无力场的触发重联和太阳耀斑

采用多步隐格式,对在瞬间形成的电流片的触发下的高剪切无力场的磁重联过程进行了数值模拟。磁重联首先在交界面处的非中性电流片区出现,然后向无力场区蔓延。在磁重联过程中,在无力场区形成一高温环状结构,物质向光球层流动。在高温环内侧的新喷发场区,物质向上流动。磁重联主要集中在初始电流片外侧的高剪切无力场区,高温环顶部的温度最高,位置基本固定。在磁重联的过程中,剪切磁场分量的空间梯度减小,无力场因子下降。     

非定常N－S方程的线化及其差分求解

在微幅简谐振荡的假设下，对计算平面内非定常Ｎ－Ｓ方程进行了线比，并在ＭａｃＣｏｒｍａｒｋ于１９８０年提出的半隐格式的基础上，发展了一种适用于求解计算平面内线化Ｎ－Ｓ方程的差分格式．用该差分格式求解计算平面内的线化Ｎ－Ｓ方程时，可以避免求解五对角方程；且时间步长可以取得较大，计算效率高．