航天员出舱牵引构型设计与结构响应性能评估

针对航天员出舱过程所用安全绳锁挂频繁的问题，进行了安全高效的航天员出舱牵引系统构型设计，可作为太空行走的辅助导向装置。基于材料结构弹塑性力学方程与含应变耦合项的热传导方程，推导结构热力响应可计算数学模型，利用Newmark方法以及Crank-Nicolson数值格式分别对热弹性方程和热传导方程进行时间域上的离散，构造金属结构响应无条件稳定隐式有限元格式，搭建了温度场与位移场相互影响热力耦合有限元算法(FEM)性能评估软件系统，以此对牵引系统的导轨进行热力耦合数值计算，得到在太阳辐射外热流载荷作用下具有较强抗变形能力的结论。计算了航天员采用牵引系统出舱时对导轨产生的拉力，并借助ANSYS Workbench对导轨进行静力学求解，验证了该牵引系统具备结构强度可靠性，可为空间站建设舱外作业平台提供重要理论分析依据与设计参考。     

挠性板弯折的数值分析方法

基于材料力学中梁弯曲的挠曲线方程，利用数值积分方法计算特定弯矩和剪力时挠性板的弯折曲线，同时利用曲线积分计算挠性板的长度，最终确定在给定长度和跨度情况下挠性板的弯折曲线以及对应的弯矩和剪力。利用有限元软件对相同模型在同一条件下进行模拟分析。将数值计算与有限元分析结果对比，发现两者变形曲线非常吻合，弯矩和剪力数值精度满足实际工程需求。基于上述数值计算方法，可以对挠性板弯折的各种参数进行分析和预估，对实际工程应用具有重要的指导意义。     

TC2钛合金薄壁型材下陷成形工艺参数分析及优化

采用试验和计算机模拟相结合的方法，对TC2钛合金薄壁型材的单边下陷成形工艺开展研究。通过在室温至600℃范围内对TC2合金型材的热拉伸变形行为进行分析，建立了该型材热拉伸的Johnson-Cook本构模型。在此基础上，对L截面TC2钛合金型材的单边下陷过程进行计算机模拟，分析了下陷过程中型材应力、应力三轴度的分布。结果表明，下陷区L拐角处容易产生应力集中，由于变形前段该区域的应力三轴度R_d>0，呈拉应力状态，因此微裂纹容易在应力集中处形核并沿型材纵向扩展。通过对成形温度、下陷段长度和过渡圆角半径进行优化，得到最佳工艺参数条件为成形温度300℃，下陷区长度21 mm，过渡圆角半径49 mm。     

基于有限元--离散元耦合的粒子阻尼减振研究

在侧挂构型发射任务中，中心承力筒与卫星直接连接，其动力学特性对卫星的振动响应有直接影响。首先分析中心承力筒的模态特性，据此完成粒子阻尼器的结构参数设计。随后，使用有限元--离散元耦合仿真方法，确定了阻尼器填充粒子的最佳直径和阻尼器最佳安装位置。仿真结果表明，该方案下星箭界面减振效果可达40%。最后，使用最优粒子阻尼参数开展水平激励实验。实验结果表明，与未安装粒子阻尼器相比，中心承力筒+粒子阻尼器组合体的减振效果可达35%以上，与仿真结果一致。     

内套筒对预紧力齿连接接头预紧力的影响

为了研究内套筒材料性能与几何尺寸等参数对预紧力影响规律，本文首先通过实验对不同内套筒材料与壁厚对预紧力的影响规律进行研究。然后通过有限元软件ANSYS建立了接头预紧力施加的数值模型，模拟结果与实验实测值吻合较好，并通过有限元对实验现象进行了分析。结果表明：相同挤压量下，接头壁厚越高，所产生预紧力越高；对于塑性材料的内套筒接头，当外部挤压量超过一定值时，塑性材料完全进入塑性，变形增加，但应力值不再显著增长，预紧力趋于稳定；而对于弹性材料的内套筒接头，弹性材料应力一直随着应变线性增长，因此预紧力随着挤压量增加不断增加。     

Finite time non-singular sliding mode control for spinning tether system with prescribed performance under artificial gravity mission

In this paper, the spinning tether system (STS) is applied to produce the artificial gravity overload with a proposed spin-up scheme in elliptical transfer orbits. To improve the comfort of the astronauts during spinning, the combined control scheme with tension and thrust is designed for spin-up. Then, based on the novel performance function and sliding mode technology, a finite time prescribed performance controller is proposed to track angular velocity for the desired artificial gravity overload. Compared with the existing works, the tracking error is controlled within the preset transient performance and converged to the origin within finite time even in the presence of unknown external disturbance. The stability of closed-loop tracking system is proved by Lyapunov theorem. Finally, the numerical simulations are given to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controllers in the artificial gravity mission.     

变刚度纤维曲线铺放复合材料层合板的有限元建模和拉伸特性分析

通过对变刚度铺放路径进行数学建模,得到变刚度复合材料层合板的拓扑构型,对复合材料层合 板内每个离散单元的每个铺层进行纤维角度和铺层厚度的独立设计。然后将拓扑构型数据导入有限元分析软 件GENESIS 中,实现层合板铺层信息的可视化显示和拉伸性能的分析,得出层合板的弹塑性本构关系。通过 仿真数据与实验测试数据进行对比,得出在所构建的变刚度复合材料层合板模型上进行拉伸实验仿真的准确 度可达95% 。该方法不仅可以可视化地展现出铺放过程中发生重叠的位置、整个复合材料层合板的厚度分布 以及每层上铺放角的分布,还可对其在弹塑性范围内的拉伸性能进行精确仿真。     

Integration of nanoindentation and finite element method for interpretable tensile properties:A cross-scale calculation method of uneven joints

Nanoindentation testing and its Reverse Analysis Method(RAM) show great potential in understanding the tensile properties of metallic alloys with various microstructures. Nevertheless,the tensile properties of heterogeneous materials such as nickel-based superalloy welded joints have not been well interpreted by combining the microstructures and nanoindentation results, due to their diverse and complex microscopic zones, which throws shade on the properties of separated zones in the material. He...     

修复金属板裂纹的复合材料补片正交优化

基于Abaqus软件建立了金属板裂纹复合材料补片修复结构的有限元模型。以应力强度因子(SIF)为判据,利用L9(34)型正交实验考察了各补片参数对修复效果的影响。结果表明:在99%置信度水平下,补片厚度的贡献率为68.77%,铺层顺序的贡献率为29.59%,而补片长度对修复效果的影响不明显。结合工程应用实际与正交分析结果,利用设计好的补片对含中心贯穿裂纹的铝合金板进行了修复,并对修复结构进行了静强度测试。结果表明:修补后静强度为未修复裂纹板的1.32倍,恢复至完好板的97.2%,延伸率为未修复裂纹板的2.24倍,恢复至完好板的50.7%。结论:选用长度为40 mm,厚度为1.2 mm,铺层顺序为[0°/90°]s的正方形补片时修补效果最好。