模态分析与结构动力优化

现代工程结构往往承受地震、风、波浪等各种载荷,其减振设计是十分复杂的问题,需要将模态分析、有限元分析与减振技术、优化设计等技术结合起来,本文对这些问题进行了评述与讨论,并提出了一些方法。     

周期结构和太阳电池翼的模态分析

基于周期结构的振动理论,把折叠状态太阳电池翼当作拟周期结构处理,解释了太阳电池翼在进行模态分析时所出现的“主模态局部化”现象,了解该现象对于在实验模态分析中确定阻尼系数具有重要意义。同时从理论上说明了,简单的基板模型的第1阶特征值是整翼模型的第1阶特征值的近似值。两个算例计算的结果支持了这个观点。     

轴压偏心加筋薄壁圆柱壳的塑性稳定性

根据Hencky-提出的塑性形变理论,应用小挠度能量法获得了轴压偏心加筋薄壁圆柱壳的塑性屈曲方程。在分析中考虑了下列诸因素:(1)蒙皮局部失稳的影响;(2)加筋条的偏心距;(3)加筋条的单向受力状态;(4)加筋条和蒙皮具有不同的材料性能。据此编写了计算机程序。两个实例的计算结果表明了该方法对于工程应用的可行性。     

齿轮范成的计算机仿真

本文根据D-H矩阵理论建立了齿轮范成仿真的数学模型,运用象素存贮法及压缩存贮技术,解决了仿真过程中至关重要的快速性和连续性问题,实现了齿轮范成过程的动态仿真。     

应力极值分布、强度威布尔分布的可靠性

本文运用应力—强度干涉理论,推导了应力为Ⅰ型极小值分布,强度为威布尔分布的可靠度计算公式,并对冗长的计算公式进行简化,在简化公式的基础上,运用一定的数学技巧,改变积分公式中的积分变量和上下限。将被积函数化成在某一区域内的可积函数。采用de Boor编制的一种严谨的自适应Romberg外推格式的FORTRAN程序进行数值积分。对应予不同的组合参数,给出应力服从Ⅰ型极小值分布,强度服从威布尔分布的可靠度数值。本文最后讨论了服从这两种分布的组合参数的变化对可算度数值变化的影响。     

一种简单有效的层合板壳单元

本文通过修正普通四边形单元的横向剪切应变能而得到了一种新的四边形四节点壳单元(本文称之为L_3单元)。该单元每个节点有五个自由度,适用于各向同性、正交异性和层合板壳的线性、非线性及稳定性有限元分析。文中给出了各种类型板壳结构的算例。数值结果表明,该单元不仅公式简单、自由度少,而且具有令人满意的精度和收敛特性。     

轮辐框架式结构机匣的有限元强度计算方法

本文阐述在航空发动机上使用的轮辐框架式承力机匣,在受各种复杂载荷作用下的有限元强度计算方法。讨论了机匣力学模型的简化和建立有限元模型的三种方法,并对某发动机的扩散机匣做了强度计算,计算结果与试验结果基本相符。     

基于无限元方法的直升机外部噪声仿真分析

为了准确地模拟直升机飞行中的外部噪声,建立了耦合计算流体力学/计算气动声学(Computational fluid dynamics/Computational aeroacoustics,CFD/CAA)的直升机机外噪声预测方法。气动计算采用CFD方法模拟旋翼、尾桨气动力以及气动干扰;噪声计算采用声学无限元方法,考虑固体边界的声散射效应和大气传播中的声衰减特性。以AC311A直升机为例,开展适航规范要求下的飞越噪声计算和分析。飞行试验结果对比分析验证了本文方法能够有效地用于直升机机外噪声的评估与分析。最后进行了误差分析,为直升机外部噪声评估算法和仿真模型的优化提供参考。     

压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究

压力敏感涂料PSP是一种先进的光学测试技术。涂料的标定误差是该技术的主要误差来源之一。压敏漆的测量范围正逐步从常规压力区间向超低压和超高压拓展,因此需要开发压力调节范围大、精度高的标定系统。本文将现有的变压力法和变浓度法相结合,提出了一种新型的PSP宽域压力标定方法及系统。通过理论计算的方式,分析了该系统与ISSI公司的商用PSP标定系统的性能差异。结果表明:PSP宽域压力标定系统在低压区（1~20 kPa）标定误差能够控制在0.5 kPa范围内,性能优于ISSI标定系统;中压区（20~200 kPa）与ISSI标定系统性能趋同,误差在4%以内,且随着压力增大,误差降低;高压区（200~600 kPa）可以弥补ISSI无法标定400 kPa以上范围的不足,能实现超高压环境中的PSP标定。本文还对最常用的两种快响应PSP进行了标定实验,结果表明:本文提出的系统标定精度高,能实现PSP宽域标定。     

高速风洞投放试验弹射机构及试验研究

新一代战斗机超声速内埋武器投放需要进行分离安全性评估。针对内埋武器高速风洞投放试验的需求,设计了一套新型双气缸弹射机构。使用三维建模软件开展了弹射机构的结构设计。基于气缸无杆/有杆腔内压力方程、储气罐与无杆腔流量方程、有杆腔与大气相连的流量方程以及活塞驱动力方程等,建立了弹射过程的数学模型,并利用运动仿真软件对所设计的弹射机构进行仿真分析,验证了结构的合理性。设计了弹射机构伺服控制系统,利用电气伺服阀及相关控制元件实现对弹射机构的控制。在中国航天空气动力技术研究院FD-12风洞中开展了试验验证（马赫数1.5）。结果表明:当前后气缸压力不超过1.0 MPa时,载弹最大弹射速度可达5.68 m/s,满足设计要求与使用需求。