Bush有限单元原理及其在航天器结构建模中的应用

利用大量的数值计算确定了MSC.NASTRAN软件中广义弹簧单元（Bush）刚度阵的解析表达式,通过对比Bush元与剪切梁元的刚度阵,推导了Bush元参数与剪切梁刚度参数的对应关系,并利用展开状态的太阳翼结构和大型桁架结构的静力和动力分析验证了推导结果。该研究揭示了Bush有限单元的原理和所有输入参数的物理含义,有助于Bush元在结构有限元分析中的准确使用。     

磁-光/涡流成像技术的有限元分析

近年来迅速发展的磁－光成像（ＭＯＩ）技术使涡流检测技术得到了新的进展。本文运用磁－光／涡流成像的有限元模型对典型的飞机构件缺陷（如连接飞机表面两个铝层的紧固件下面的裂纹）进行模拟。模拟结果表明，其磁场垂直分量的变化对这种结构来说是相当灵敏的，采用ＭＯＩ技术可以用来探测隐藏在紧固件帽下面的缺陷。     

基于ANSYS的同面多电极电容传感器仿真研究

同面多电极电容传感器是一种新的飞机复合材料构件损伤检测技术,该检测技术的正问题中敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题。在仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得。本文介绍了如何使用ANSYS有限元分析计算同面多电极电容传感器中的各电极对之间的电容,对检测材料发生异常及传感器参数改变时电容的变化进行了分析,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据。     

The use of Gaussian equations of motions of a satellite for local gravity anomaly recovery

The orbital elements of a low Earth orbiting satellite and their velocities can be used for local determination of gravity anomaly. The important issue is to find direct relations among the anomalies and these parameters. Here, a primary theoretical study is presented for this purpose. The Gaussian equations of motion of a satellite are used to develop integral formulas for recovering the gravity anomalies. The behaviour of kernels of the integrals are investigated for a two-month simulated orbit similar to that of the Gravity field and steady-state ocean circulation explorer (GOCE) mission over Fennoscandia. Numerical investigations show that the integral formulas have neither isotropic nor well-behaved kernels. In such a case, gravity anomaly recovery is not successful due to large spatial truncation error of the integral formulas. Reformulation of the problem by combining the orbital elements and their velocities leads to an integral with a well-behaved kernel which is suitable for our purpose. Also based on these combinations some general relations among the orbital elements and their velocities are obtained which can be used for validation of orbital parameters and their velocities.     

纤维增强涡轮轴结构失效模式分析方法及试验验证

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效包线。建立连续纤维增强轴结构力学模型,计算轴结构在扭转载荷下的应力响应。通过复合材料层合板主偏轴关系应力转化,将危险单元各方向宏观应力响应计算结果转化到细观力学RVE模型上,即为细观力学RVE模型受载情况。结合细观力学失效边界确定复合材料轴结构危险位置失效模式,当扭转载荷达到5 000～5 500 N·m之间,复合材料最外层即层6(+45°)首先达到基体拉伸失效载荷。开展复合材料轴结构失效模式试验,在扭转载荷达到6 000 N·m时,声发射信号相互叠加,大部分均为中频信号,中频信号多为基体、界面开裂信号。与模拟仿真计算结果对比分析,验证连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析方法的有效性。利用所建立模型预测了某型发动机低压涡轮轴的失效载荷及失效模式。     

带非线性支撑的转子有限元模型求解方法

用数值方法研究了非线性支撑的柔性转子系统的动学行为,提出了一种将有限元与非线性支撑结合的模型和求解方法。利用有限元法(FEM)构建转轴和转盘部分的模型,通过矩阵进行组合;利用离散元方法对包含滚动轴承和挤压油膜阻尼器(SFD)的支撑部分进行建模,此部分包含4个单元,分别为轴承内圈、外圈、SFD内圈和支撑鼠笼。有限元部分和离散元部分通过轴端节点相连,仿真过程中轴端位移传递给非线性支撑部分,支撑部分通过位移计算得到的非线性力反过来作用于有限元转子轴端部分。为了耦合求解有限元转子和非线性支撑组成的数学模型,提出了一种综合的迭代求解方法,克服传统的有限元求解方法对轴端隐性非线性支撑的求解局限性。由于转轴部分采用了Timoshenko梁单元建模,对比与简单转子模型,可以考虑陀螺力矩和轴的柔性特征,更能体现非线性支撑对振动真实影响。在建立的20个轴单元的有限元转子模型中,非线性响应更多体现在靠近非线性支撑的节点1和节点21处,响应频谱中靠近轴端的节点能体现出滚动轴承的2倍和3倍变柔振动频率。     

金属弹簧管性能影响因素的仿真分析

为了研究高温密封组件金属弹簧性能,本文通过对波音公司编网状弹簧管结构和Streck心脏支架结构的研究,建立了编织弹簧的几何拓扑构型和数学模型,推导了弹簧直径计算公式。采用AUTODESK3D-MAX构建了编织弹簧的仿真模型,用ANSYS仿真软件分别从编织丝直径、编织密度以及编织方法 3方面探究不同测试对弹簧性能的影响。结果表明,增加弹簧丝直径、降低弹簧管轴向方向的编织密度、提高圆周方向的编织密度、向外的弹簧管编织方式可有效提高弹簧管的回弹性能。     

基于音圈电机的环形桁架结构主动悬吊方法

环形桁架结构是卫星可展开天线的基本结构。文章提出一种主动悬吊方法,可在地面状态下卸载环形桁架结构的重力。该方法基于音圈电机可以同时输出安培力和大位移,通过求解悬吊系统的静态方程计算悬吊点的张力即所需安培力;然后,建立主动悬吊试验系统,令音圈电机输出等于所需安培力,即实现悬吊结构对重力的卸载。经试验验证,悬吊后的结构前两阶频率与原结构的几乎相等,且模态一致,说明该悬吊方法有效。     

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法，并结合一种特殊的复变函数基本解，研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元，可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析，结果表明本方法精度高，运算量小，具有一定的工程应用价值。     

BP神经网络理论在模型修正的应用

神经网络由于其本身具有的优越性，已广泛应用于各个领域中的分类、联想问题。将神经网络理论用于对利用有限元分析方法得到的系统模型进行修正，从计算结果看，该方法收敛速度快且收敛到全局最优解。