复合材料板变形最优控制的数值分析

采用将压电片粘贴于复合材料层板表面或镶嵌于层板内部的方法,基于kirchoff假设,对于任意铺层的复合层板,使用板单元,建立了受压电片控制的复合材料层合板有限元分析方法.然后,采用作用电压到控制形状的控制矩阵,使用最优化方法得到了对任意形状所需的作用电压,最后给出算例.文中对实验数据和有限元结果进行了比较,给出了无约束优化、有约束优化和考虑能耗的优化等3种情形的结果.      

平面编织混杂铺层层板穿透挖补修理参数分析

基于ABAQUS软件平台建立穿透挖补修理后混杂铺层层板有限元模型,对修理后层板的拉伸强度和破坏模式进行预测.为验证模型的有效性,对无损伤板和修理后层板进行了试验研究,模型计算结果和试验吻合良好.使用计算模型对修理后结构进行参数研究,比较不同挖补斜度、胶层韧性、胶层厚度、损伤尺寸及附加修理层等设计参数对修理后结构拉伸强度的影响,得到的结果可以为含穿透损伤混杂铺层层板修理设计提供理论指导.     

木星磁层熵参量的计算与分析

空间等离子体熵的不守恒可能来自于磁场位形改变和非绝热过程.熵参量PV~(5/3)被广泛应用于分析地球磁层等离子体片中的输运问题,其中,P为压力,V为单位磁通量管的体积.通过熵参量的分布和变化可以判断磁层的稳定性及揭示磁层中的动力学过程.本文利用地球磁层中熵参量的分析应用,计算了木星稳态磁层模型中磁通量管的熵参量分布.从5R_j(R_j为木星半径)到55_j,熵参量增加了4个量级,55 R)_j之后有所下降,表明所用磁层模型在55R_j之外已经不稳定.同时,假想磁场重联后的单位磁通量管的熵参量分布表明,赤道面中远磁尾的磁场重联是由尾向输运的磁力线管拉伸断裂重联引起的.     

高超声速飞行器热防护系统尺寸优化设计

以热防护系统厚度方向几何尺寸为设计变量,热防护结构质量为优化目标函数,以航天器主结构温度极值为约束条件建立了优化模型。采用外部调用NASTRAN进行非线性瞬态有限元热分析,应用复合形法作为优化工具进行全局寻优。针对该问题结构几何形状是变量的特点,采用文件接口的方法实现了设计变量与有限元模型的关联以及有限元分析结果与优化工具的数据交换。     

掺杂nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

发现PECVD生长的系列掺杂氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nc-Si)有择优生长的趋势.用Raman、XRD、AFM、HRTEM等方法研究其微观结构时发现:掺磷的nc-Si:H薄膜XRD 峰位的二倍衍射角约为33°.掺硼nc-Si:H薄膜的XRD峰位的二倍衍射角约为47°.用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析得到:较高的衬底温度引起序参量改变,使掺磷nc-Si:H薄膜中nc-Si的晶面择优生长.适当的电场作用引起序参量改变,导致掺硼nc-Si:H薄膜在一定的自由能密度范围内nc-Si的晶面择优生长.      

基于空域划分的超视距空战态势威胁评估

编队超视距空战(BVR,Beyond Visual Range)已成为现代空战的主要模式.在空战优势区域与劣势区域判断的基础上对整个空域进行划分,并给出4种特定空域态势.从空中态势和编队作战能力两方面对空战态势进行分析.使用主成分分析法选取输入变量分析编队作战能力,降低评估过程中收集数据的复杂度.应用遗传神经网络对影响BVR各因素进行效能评估,将遗传算法(GA,Genetic Algorithms)与多层前馈(BP,Back Propagation)网络结合,利用GA的全局搜索优化BP网络的结构参数,有效克服BP算法的局部收敛等问题.结果表明:该模型能在综合分析空战各指标后给出红蓝双发的态势评估指标,该模型可有效减少评估中的人为因素,使评估结果更为客观可信.     

复合材料层板低速倾斜冲击损伤分析

纤维增强复合材料层板对低速冲击事件敏感，冲击产生的损伤会导致材料结构承载性能及使用寿命大幅下降。基于此，提出了一种基于连续介质损伤力学的有限元模型，研究了复合材料层板低速倾斜冲击力学行为。采用Hashin准则结合渐进退化模型预测层内损伤起始和演化；采用界面单元结合双线性Traction-Separation本构关系模拟层间分层；编写用户材料VUMAT子程序，实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。数值计算结果与现有正冲击下实验数据吻合较好，验证了模型的有效性。探讨了冲击角度、冲击能量对复合材料层板倾斜冲击力学性能的影响，分析倾斜冲击下层板损伤模式及失效机理，为复合材料结构倾斜冲击问题数值分析提供参考。      

轮盘概念设计中拓扑和形状同时优化方法

为了减小人为选择参数对优化结果的影响,针对航空发动机轮盘概念设计阶段的结构优化问题,提出了拓扑和形状同时优化(STSO)法.该方法是在变密度(SIMP)法的基础上,通过分析优化目标和约束的灵敏度,用序列二次规划优化(SQP)法进行求解.接着,以板壳结构为例,对比分析了STSO法和分步优化法的结果,说明了拓扑和形状同时优化方法的优点.最后,将同时优化方法应用于轮盘结构概念设计,对比分析了使用拓扑和形状同时优化方法与单独拓扑优化方法进行轮盘结构优化的结果,探讨了不同振型对应的频率约束对优化结果的影响.结果表明,不同振型对应的频率约束下优化结果的结构形式呈现多样性;相较于单独拓扑优化方法,STSO法收敛速度较快、结果也更精确;但是由于形状优化变量取值范围选取不当,有可能会出现网格畸变过大,而导致STSO法所得的结果无效.      

基于非概率凸模型可靠性的结构优化设计

考虑到结构系统参数的不确定性,基于提出的非概率凸模型可靠性指标的新定义,研究了在非概率凸模型可靠性约束下,结构优化设计的数学模型和求解方法.该方法通过超椭球域界定不确定参量,将结构基本不确定变量安全域的超体积与其可行域的超椭球总体积之比作为结构非概率可靠性的度量.并赋值可靠度作为约束条件,利用乘子法和阻尼牛顿法对结构的优化问题进行迭代求解,算法稳定,迭代速度快.数值算例验证了所提出方法的正确性.     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

基于SolidWorks二次开发的嵌金属丝药柱燃面计算

以SolidWorks的二次开发接口为基础,用Visual Basic作为开发工具,在SolidWorks环境下通过调用内置的API函数,自动完成嵌金属丝药柱的参数化建模.程序同时通过调用API函数提取药柱实际参与的燃面面积,获得了嵌金属丝装药的燃面随肉厚的变化关系曲线,发展了一种更为简单准确的燃面计算方法,在此基础上,进行了内弹道性能的计算.计算结果跟试验结果相比表明,该计算方法准确且精度较高,跟试验结果吻合得很好,能够较好地模拟该类药型的燃烧过程,可以满足工程计算上的需要,并为同类型的复杂装药计算和设计提供了参考.      

形状记忆合金复合材料层板非线性有限元分析

将形状记忆合金埋入复合材料层合板中构成智能复合材料结构.在外载或热载的作用下,形状记忆合金将使复合后的材料内部和结构的应力、应变分布发生改变,并改变结构的形状.由于形状记忆合金的大变形带来非线性,本文利用具有几何非线性分析功能的复合材料板壳元对模型进行计算和分析,形状记忆合金的驱动效应等效为力学载荷.可得到较精确的结果.      

高动态电动伺服系统多模复合控制技术

针对未知扰动下电动伺服系统高动态响应与高精度控制难题，在建立电动伺服系统特征模型基础上，提出一种基于时间最优控制与滑模控制结合的多模复合控制算法。该方法通过开展基于电动伺服系统精准动力学模型与环境特性的特征建模分析，详细阐述了时间最优控制算法与滑模控制算法的设计方法及其适用区间，并进行系统仿真验证。仿真结果表明：本文提出的多模复合控制算法能有效提升电动伺服系统动态响应速度与稳态精度，实现了未知扰动下高动态高可靠地稳定运行。     

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.      

Technology of Modeling for Shape Memory Alloy Reinforced Composites

在对形状记忆合金增强复合材料层合板进行应力、应变和温度关系实验的基础上 ,建立了形状记忆合金增强复合材料四边形和三角形板单元模型 ,并推导了相应的有限元公式 .在此基础上编制了能够进行静态和动态分析的有限元程序 ,并利用该程序对形状记忆合金增强复合材料悬臂梁进行了分析 ,结果是令人满意的 .随着对形状记忆合金研究的进一步发展 ,这种材料必将在智能材料和结构设计中发挥越来越重要的作用 .     

NiTi形状记忆合金增强复合材料层合板 的建模技术

在对形状记忆合金增强复合材料层合板进行应力、应变和温度关系实验的基础上,建立了形状记忆合金增强复合材料四边形和三角形板单元模型,并推导了相应的有限元公式.在此基础上编制了能够进行静态和动态分析的有限元程序,并利用该程序对形状记忆合金增强复合材料悬臂梁进行了分析,结果是令人满意的.随着对形状记忆合金研究的进一步发展,这种材料必将在智能材料和结构设计中发挥越来越重要的作用.     

纤维增强复合材料疲劳寿命预测及损伤分析模型研究进展

随着纤维增强复合材料主承力结构在多领域内的广泛应用，疲劳成为复合材料结构设计必须面对的问题，出现了大量用于复合材料结构疲劳寿命预测及损伤演化的分析模型与方法。目前的复合材料疲劳性能分析模型可以分为疲劳寿命模型、唯象模型和渐进损伤模型。对这3类模型的发展情况进行了综述和对比分析。其中，疲劳寿命模型原理相对简单，适用于工程结构的寿命估算；唯象模型建立了材料剩余强度/刚度与循环数的数学关系，可以预测结构的寿命与材料剩余力学性能；渐进损伤模型不仅可以预测结构寿命和材料剩余力学性能，还能分析结构疲劳损伤机理。对各类疲劳性能分析模型的发展趋势进行了讨论。指出了降低实施成本和提高通用型是各类疲劳性能分析模型有待解决的问题。      

航天器介质深层充电模拟研究

针对航天器介质深层充电问题,提出了一种基于蒙特卡罗模拟和充电动力学RIC模型的介质电荷分布及电场预估新方法,利用地面试验验证了其正确性.航天器介质平板充电过程被简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant 4模型,通过统计方法计算出了实际入射束流下Teflon介质内的注入电流密度和剂量率分布曲线,利用RIC模型获得了背面接地时介质中的电荷密度和电场分布,利用脉冲电声法(PEA)对不同束流密度辐照下的Teflon内部空间电荷密度进行了测量.数值模拟和地面试验结果表明,Teflon在100 keV能量电子辐照下,电荷密度和电场随着束流密度的增加而不断增大,其电荷密度峰值位置约为0.042 mm,且背面接地时接地侧电场最大.由于Geant 4粒子输运模拟和RIC模型具有通用性,因此该方法适用于各种航天器介质材料.      

人体分层媒质内的微波聚焦场

本文是近年来在微波聚焦热疗人体深部癌病灶研究工作推动下完成的。文中给出了光学及电磁学界感兴趣的某些结果。在人体分层媒质前的一有限口径处,置一时谐电流分布,在每一分层内的微波传输场及反射场可利用传输矩阵及并矢格林函数给出计算结果。     

Distribution of electric current in solar plasma loops

The distributing profile of electric current in solar plasma loop is a key factor for the MHD instabilities of the loops. However, it is very difficult to measure such profile in single loop. In this paper, we assume that, in spite of the complexity of the structure in most of the sunspots, the distribution of the electric current in some small simple sunspots may reflect the main feature of the distribution in solar plasma loops. We utilize the high-cadence, high-resolution vector magnetograms observed by Big Bear Solar Observatory (BBSO) to derive the longitudinal electric current and analyze the distribution of the longitudinal electric current in the region of sunspots, and simulate the distributing features of the solar plasma loops. From these analysis, we find that the electric current in some small simple sunspots, or to say in plasma loops, are concentrated to their center. Such distribution feature is consistent with the theory of pinch effect in current-carrying plasma loops.