Simulation of 3D parachute fluid–structure interaction based on nonlinear finite element method and preconditioning finite volume method

A fluid–structure interaction method combining a nonlinear finite element algorithm with a preconditioning finite volume method is proposed in this paper to simulate parachute transient dynamics. This method uses a three-dimensional membrane–cable fabric model to represent a parachute system at a highly folded configuration. The large shape change during parachute inflation is computed by the nonlinear Newton–Raphson iteration and the linear system equation is solved by the generalized minimal residual(GMRES) method. A membrane wrinkling algorithm is also utilized to evaluate the special uniaxial tension state of membrane elements on the parachute canopy. In order to avoid large time expenses during structural nonlinear iteration, the implicit Hilber–Hughes–Taylor(HHT) time integration method is employed. For the fluid dynamic simulations, the Roe and HLLC(Harten–Lax–van Leer contact) scheme has been modified and extended to compute flow problems at all speeds. The lower–upper symmetric Gauss–Seidel(LUSGS) approximate factorization is applied to accelerate the numerical convergence speed. Finally,the test model of a highly folded C-9 parachute is simulated at a prescribed speed and the results show similar characteristics compared with experimental results and previous literature.     

航空发动机可靠性试验方法研究

在分析航空发动机相关标准的基础上,对发动机在研制过程中零部件和整机试车、试飞项目及其考核目的进行研究。对试验进行了分类,提出了开展极限/强化试验的必要性;以故障模式及失效机理分析为依据,阐述了发动机在研制过程中成附件可靠性极限/强化试验的方法、应用原则及效果,并针对高周疲劳、性能稳定性和耐久性等考核重点梳理了整机可靠性试验的条件和载荷设计要求,提出了整机可靠性试验载荷谱选用建议。     

基于结构和数据特征的V2500扇形板烧穿孔识别法

通过对V2500燃烧室扇形板结构以及烧伤、烧穿孔等损伤形式的分析,提出扇形板烧穿孔的结构特征识别途径和数据特征识别途径。利用该识别途径的排他性,提出基于结构和数据特征的V2500扇形板烧穿孔识别的评价方法,给出判断逻辑。     

机翼复合材料加筋壁板结构的优化设计

为了提高机翼复合材料加筋板结构的承载效率,把总体屈曲载荷、局部屈曲载荷和静载荷相等作为最优化设计准则,利用稳定性效率因子图和复合材料稳定性分析方法实现机翼复合材料加筋板结构的初步优化设计。利用编写的PCL二次开发程序进行参数化建模分析,可以较快地得出不同材料和载荷情况下的稳定性效率因子图。结果表明:通过稳定性效率因子图结合复合材料加筋板结构的稳定性分析方法,可以较快实现机翼加筋板结构的初步优化设计,所得结构具有相对较高的承载效率。     

水平安定面外伸段壁板结构设计

随着民用航空事业的发展和民用飞机巨大的市场需求,整体壁板结构开始应用在民用支线飞机上。首先介绍支线飞机水平安定面外伸段壁板结构设计的方法。然后根据某支线飞机水平安定面的总体、适航、重量、强度、刚度等要求,进行水平安定面外伸段壁板结构的初步设计,选定水平安定面上下壁板的结构布置方案,根据公式及工程经验,确定壁板的基本几何尺寸,经过强度校核和几轮迭代,得到满意的基本尺寸。进入详细设计阶段,考虑壁板的疲劳、损伤容限、工艺性、防腐性等细节问题,通过强度校核,最终设计出满足多方面要求并且重量较轻的水平安定面外伸段壁板。水平安定面外伸段壁板结构设计对相似机型的结构设计具有参考作用。     

一种基于两级判别逻辑的小型化冲击区域监测系统

对复合材料结构的冲击事件进行机载在线监测具有迫切的应用需求。面向机载研制了一种基于两级判别逻辑的小型化冲击区域监测系统。首先,提出了一种基于两级判别逻辑的冲击区域定位算法,能够在大规模可编程逻辑门阵列(FPGA)中实现基于冲击数字序列的冲击事件在线记录,并提高了冲击区域定位的准确性。其次,研制了小型化冲击区域监测系统,采用无源滤波器和比较器,将压电传感器输出的冲击响应信号直接转换为冲击数字序列,采用FPGA替代数字电路并实现冲击监测,简化了常规冲击监测系统的电路,降低了系统的尺寸和功耗。系统具有体积小、重量轻、功耗低以及支持传感器数目多的特点。验证结果表明:该系统能够正确响应每次冲击事件并能准确定位冲击发生的区域。     

基于可行域调整的多相材料结构拓扑优化设计

针对多相材料结构柔顺度拓扑优化问题及其存在多个局部优化解的情况,提出一种新的多相材料结构柔顺度拓扑优化问题的求解方法, 并研究其获得多个局部优化解及寻找较好的优化解的能力。基于材料属性有理近似 （RAMP）模型,引入可行域调整技术,构建多相材料结构拓扑优化模型及近似优化模型。提出一种改进的交替主动相算法,该算法将多相材料结构拓扑近似优化模型分解为多个含2个主动相材料体积约束的系列二元相拓扑优化子模型,并利用光滑化对偶算法进行优化求解。与现有方法相比,采用多个不同的优化初始拓扑,提出的方法可找到更优的多相材料结构拓扑, 且为多相材料结构拓扑优化的多样性设计提供了一种有价值的思路与方法。     

涡轮叶片异型冠结构优化设计

在低压涡轮叶片异型冠结构设计研究的基础上,探索异型冠结构优化设计方法。为了达到减轻质量的目的,在传统锯齿冠结构的基础上提出异型冠结构的初步设计方案,并以软件UG NX为平台,实现带异型冠涡轮叶片的参数化设计。通过对异型冠结构参数的灵敏度分析,制定了涡轮叶片异型冠结构的双目标优化设计流程。该方法实现了在保证异型冠结构强度及刚度的前提下,叶冠质量最轻及叶冠质心位置最优调控的目标。优化结果表明:叶冠质量降低了53.05%,最大应力下降了43.41%,最大径向变形量下降了45.80%。      

考虑壁板刚度匹配的大型飞机复合材料机翼气动弹性优化设计

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。      

客车铝合金车架设计与典型工况分析

应用轻量化材料如高强度钢和铝、镁合金等来替代普通钢制造汽车承载构件已成为发展趋势。本文以工业铝合金为材料设计了一种新型的轻型城郊客车车架,并建立有限元模型进行了多种典型工况的仿真分析。首先,基于CATIA进行了客车车架各零部件的设计,整体装配与校核;然后,通过简化模型、模拟连接等,在ANSYS Workbench中建立了合理的车架-悬架有限元模型;最后,模拟客车满载弯曲、制动等5种典型工况施加载荷与边界条件,进行有限元仿真,仿真结果表明该铝合金车架能够满足各典型工况的强度和刚度性能要求。