梁结构的高频响应研究

利用NASTRAN软件得到一简支梁从低频到高频的频响特性,研究了不同有限元网格划分 对结构高频特性的影响,并通过统计能量分析(SEA)法、有限元法以及解析解的对比揭示了S EA法在高频响应 预示中的有效性。然后以耦合梁为例,通过有限元法得到两个梁之间的能量传递,并进而得 到SEA所需的耦合损耗因子;将有限元计算结果和SEA结果对比验证了该方法的有效性,以期 建立一种用有限元法获得SEA参数的新途径。此外,研究了集中质量和不同边界条件对耦合 结构高频能量传递的影响。     

二维有限元网格全自动生成

利用ＰＥＤＳ（ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＳｙｓｅｍ）造型系统的几何，拓扑信息实现了二维有限元网格自动生成，在实现过程中，改进了Ｗａｓｔｏｎ三角化算法，把此方法应用到有限元剖分中，还利用了迭代的Ｌａｐｌａｃｉａｎ算法对网格进行了均匀化处理，另外，还提供了可靠，快速对网格编辑，局部细化的方法，最终使有限元网格生成完全自动化，而且速度快，质量好，密度易于控制。     

三角形机翼参数化有限元网格划分与调整方法

为缩短有限元建模周期,提高三角形机翼结构分析、设计与优化的效率疲,首先,以其满足预定气动性能的几何外形为输入,定义了易用的有限元节点与单元的编号规则;基于可设计的机翼内部构型参数及可变的有限元尺寸参数的设置,引入了翼肋贯穿截止准则以满足任意输入的内部构型的初步判断;借助自定义形状矩阵完成了节点布置与单元生成,进一步通过有限元网格细化完成了开口设置、翼肋贯穿位置修正及桁条建模.然后,基于已建立的有限元网格实现了内外侧副翼翼肋位置的小幅调整及旋转舵面的角度调整,以满足不同飞行状态下结构分析需求.最后,应用PCL语言开发了参数化建模模块,实例表明了方法的有效性和模块可靠性.      

复合材料整体异形构件的CAD技术研究

对于多分支整体异形空心薄壁断面复合材料支架这种整体异形构件,由于复杂的空间曲面构形和纤维铺设连续性要求成为其CAD技术难题.为此,采用分块建模和网格细化技术以控制曲面走向,生成等距网格,解决了有限元网格划分难题,利用试验及有限元软件完成了改变层压板铺层方向及顺序,对异形构件进行了力学性能分析和构件的优化设计.经验证及产品质量检测,缝纫预形件树脂转移成形整体异形赛车架达到了设计要求,证明上述方法的可行性,可供航空航天及民用产品同类构件设计参考.      

r型网格自适应在间断Galerkin有限元激波捕捉中的应用

间断Galerkin（DG）有限元方法因计算精度高、适用于非结构网格等特点得到广泛研究和应用，其在数值模拟包含强间断流场时存在残差收敛性和计算鲁棒性差问题，均匀分布的网格加剧这一问题并影响激波分辨率。针对该问题，发展了r型网格自适应方法，实现间断Galerkin有限元数值模拟过程中网格自适应加密。基于网格点归一化的压力值作为r型网格自适应中网格点移动驱动力的重要权值，并将网格自适应后的网格点位移变化量与网格点之间的初始位移之比作为驱动力的另一重要权值，实现网格沿激波方向各向异性自适应加密，并且激波附近网格点的相邻网格点同步向激波方向移动。发展了适合间断Galerkin有限元方法的Venkatakrishnan限制器。并列NACA0012翼型超声速算例及三维并列圆柱相互干扰算例结果表明:基于r型网格自适应的间断Galerkin有限元方法能够清晰锐利捕捉激波，提高模拟精度，具有良好的收敛性和鲁棒性。      

中层及低热层大气对局地时变热源的响应

采用二维交替方向隐格式(ADI),数值模拟了中高层大气对一个位于对流层高度范围的局地时变热源的响应．分析了这一过程中大气响应的能量密度,水平波数,垂直波数以及频率．模拟结果表明:响应波动携带能量向上传播,集中在较为狭窄的水平区域,该区域关于源的水平位置对称;相对于动量源驱动,热源的水平尺度对响应的水平波长决定性作用更加明显;对于高频振荡的热源,其响应的频率和源一致;响应的垂直波长(41 km)比源的垂直尺度(6 km)大得多．     

基于网格细化技术的地球-火星转移轨道优化

文章从细化效率、易用性和适应性等角度对基于数据压缩原理的网格细化算法进行改进,与基于局部配点法开发的通用轨迹优化方法（考虑非线性规划的规范化处理、稀疏特性和数值微分算法）相结合,构建出一种非光滑轨迹优化方法。对地球—火星转移轨道进行了优化,结果表明：所述方法能够高精度、快速求解地球—火星转移轨道优化问题,能够在轨道变化剧烈区域加密网格,在轨道变化平坦区域采用较稀的网格,具有较好的适应性和在线优化的潜力;采用控制变量作为网格细化函数即可捕捉到状态变量的剧烈变化;对于地球—火星转移轨道优化问题,推力方向角定义在[0°,360°)比定义在[-180°,180°)更利于数值优化。     

SGCMG框架伺服系统扰动力矩分析与控制

单框架控制力矩陀螺框架伺服系统对扰动力矩抑制能力的不足限制了其控制精度的进一步提高。文章对框架伺服系统受到的扰动力矩及其对框架伺服系统控制性能的影响进行了分析;设计了基于终端滑模变结构控制策略和扰动观测器的框架转速控制器;利用变结构控制对系统干扰的不变性和对滑动模态控制的快速响应特性,实现了框架伺服系统在扰动力矩波动,尤其是高频扰动力矩波动条件下的高精度控制。仿真结果表明,相比传统的比例-积分-微分控制策略,提出的控制方法可行有效,将框架转速波动量缩小了2/3。     

有限元分析的前后置处理

本文主要讨论了以实体模型表示为基础的一般物体有限元网格自动生成方法;有限元网格的连接、修改、加密的处理。本文中采用了交互式图形显示技术,前后置处理结果均可应用相应图形表示。本文所讨论的有限元分析的前后置处理程序可用于一般机械零件的分析。     

应用于DSMC方法的二维Voronoi网格技术

研究了Voronoi网格技术并将其应用于直接模拟蒙特卡洛DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)计算.基于Dirichlet镶嵌与Voronoi图理论,Voronoi网格利用特征点表征网格单元,具有建立粒子与网格单元之间映射关系的独特算法,适合于DSMC方法的统计特点.在剔除过于靠近边界的特征点以及必要情况下边界细化的基础上,通过区分由边界节点表征的非完整Voronoi网格单元以及由计算区域内镶嵌点表征的完整Voronoi网格单元,解决了Voronoi网格的二维边界匹配问题.Voronoi网格技术支持自适应DSMC计算.映射效率对比表明,Voronoi网格的DSMC计算效率高于三角形网格,低于多级直角网格.通过MEMS微喷管流动数值模拟,验证了Voronoi网格技术在DSMC方法中的有效性.      

基于ABAQUS的三轴转台随机响应分析

运用ABAQUS有限元分析软件对某三轴转台模型进行模态分析,得出该转台的谐振频率及振型。通过对三轴转台进行了结构上的改进,提升了转台的谐振频率值。最后进行随机响应分析,输出转台上某结点的加速度曲线。这些相关数据和曲线为三轴转台的振动试验提供了理论支持。     

基于ABAQUS的三轴转台随机响应分析

运用ABAQUS有限元分析软件对某三轴转台模型进行模态分析，得出该转台的谐振频率及振型。通过对三轴转台进行了结构上的改进，提升了转台的谐振频率值。最后进行随机响应分析，输出转台上某结点的加速度曲线。这些相关数据和曲线为三轴转台的振动试验提供了理论支持。     

航天器设备动力学分析模型简化方法与应用

针对航天器设备因构成复杂引起的动力学分析模型建模困难问题,提出一种基于拓扑优化技术的有限元模型简化方法,以设备实测质量特性为约束条件,通过拓扑优化方法确定设备有限元模型可行设计空间中的材料分布,实现对结构刚度性能的模拟,获得满足动力学特性分析需要的简化的设备有限元模型。应用该方法创建了某星敏感器简化有限元模型,得到的星敏感器简化模型与产品实际质量、质心位置和转动惯量特性基本一致,并且前两阶频率分析值与试验值之间最大偏差约为30%。将该简化模型应用于其支撑结构的动态响应性能评估,两者组合体固有频率及加速度响应趋势的分析数据在450Hz以下的频率范围内与试验数据吻合较好,固有频率最大偏差约为39%。星敏感器简化模型的应用验证了基于拓扑优化技术的有限元模型简化建模方法的可行性,为航天器上复杂设备动力学分析有限元模型的简化建模提供了一种新的解决途径。     

3-PPP型柔性并联微定位平台的设计与分析

为解决现有空间平动柔性并联微定位平台（CPMS）结构布局不紧凑，且多轴驱动时各运动副的寄生运动相互累加，导致平台耦合误差增大的问题。首先，设计了一种基于柔性薄板的分布柔度式3-PPP型柔性并联微定位平台。其次，通过结构优化减小了平台的体积，并消除了支链中移动副寄生运动的累加现象。然后，基于柔度矩阵法建立了平台的输入刚度理论模型，并采用有限元仿真验证了理论模型的正确性；同时计算了平台的固有频率，并探究了其与柔性薄板尺寸参数之间的关系。最后，将结构优化前后的平台通过有限元仿真进行了对比分析。结果表明:结构优化后平台的体积减小了67%，且平台在单轴和多轴驱动时均具有更优的运动解耦特性和输入输出一致性。      

基于造型系统的曲面及二维域有限元网格剖分

介绍了一个基于几何造型系统的有限元分析前置处理系统．其主要功能是对几何造型系统的ＮＵＲＢＳ曲面以及二维任意形体有限元网格划分．该系统可作为几何造型系统与有限元分析程序之间的接口．     

有限元分析在航天器产品设计中的应用

 按航天器产品力学环境的试验要求,应用有限元分析软件MSC.NASTRAN系统地对CCD星敏感器进行静态分析、模态分析以及冲击响应、正弦振动、随机振动等动态分析。采用有限元分析方法进行热分析可完善基准镜安装支架的设计。     

超声激励薄液膜Faraday波形成机理

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学（CFD）方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 kHz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。      

基于EMT采用FEM研究含裂纹介质中弹性波传播机制

了解和掌握弹性波在含有裂纹介质中的传播规律是开发利用页岩气等非常规油气资源中的关键科学问题.本文基于数值模拟的优点,采用商用有限元软件Nastran模拟弹性波在含裂纹介质中的激发及传播方式,分析了弹性波在该介质中裂纹微结构(密度和纵横比)对弹性波传播动力学特性的依赖程度.结果表明:有限元方法(FEM)可以用于该问题的研究;Hudson等效介质理论(EMT)不适用泊松比近0.5的材料;裂纹密度、纵横比的增大会减小纵波(P波)波速值,以及衰减位移时域响应的首波振幅,且裂纹密度对于该材料的各向异性的影响要远大于纵横比的作用.      

射频接收机电磁敏感性行为级分析方法

提出一种基于简化Volterra级数模型的射频接收机电磁敏感性(EMS,Elec-tromagnetic Susceptibility)行为级仿真方法.利用3阶简化Volterra级数模型对接收机EMS进行分析,根据EMS频响特性,提出一种通用的EMS判据,并给出敏感度阈值仿真求解流程图.弥补了以往在接收机EMS分析时以试验为主,缺乏仿真分析的缺陷.以某双频GPS(GlobalPositioning System)接收机受连续波干扰为例,对带内和带外(包括镜频和互调)敏感度阈值进行求解.仿真结果表明该方法不仅有效、可行,而且减少了敏感度阈值求解所需的内存空间和仿真运行时间,适应于一般射频接收机的EMS分析,在工程技术领域切合实际.