翼面结构结点载荷转换分配方法的比较分析

在对飞机的翼面结构进行有限元分析时,如何将气动载荷有效地加载到有限元模型上至关重要。研究翼面结构中气动结点载荷向有限元结点载荷转换的三种分配方法:三点排、四点排、多点排,并使用这三种方法对翼面结构有限元模型进行分析计算。结果表明:三种方法均能满足总载荷相同、总压心相同,且满足载荷分配要求;多点排方法不仅能适用于极端条件下的载荷分配且算法实现简单、计算效率高、理论依据强,还能实现载荷加载点位置的自由选取,四点排、三点排依次次之。所得结论可为结构有限元计算的载荷前处理和拓扑优化中的载荷分配提供一定参考和借鉴。     

基于弹簧质量模型的复合材料螺接修理载荷传递计算方法

复合材料螺接修理具有操作简便,对连接件表面处理的要求不高,施工快速、性能可靠等优点,在复合材料的临时修理、尤其是战伤修理中应用较为广泛。然而其修理设计过程较为复杂,难以满足工程快速定参的需要。在螺接接头弹簧质量模型的基础上,针对蒙皮和补片等宽的情况,提出了一种复合材料螺接修理结构载荷传递比例计算方法。通过引入载荷按刚度分配的原则对模型进行修正,将模型进一步推广到蒙皮宽度大于补片宽度的情况。然后讨论了模型中不同弹簧刚度的计算方法。给出了采用细观力学方法以及均匀化方法等计算含损伤蒙皮等效刚度的计算方法,推导得到了规则排列多列螺栓连接中各排螺栓等效刚度的计算方法,并证明该刚度满足叠加原理。最后,以含圆形损伤孔的复合材料蒙皮板的螺接修理问题为例,对模型进行了考核,并与有限元法（FEM）预测结果进行了对比。结果表明：模型预测结果与有限元结果吻合较好,预测误差最大为7.7%。采用该模型可以高效、准确地实现复合材料螺接修理的分析设计。     

大型民用飞机概念方案气动弹性综合分析方法研究

现代大型民用飞机在概念设计阶段需要对机体弹性的影响进行充分考虑。本文利用气动和结构各自学科的工程方法对大型民用飞机概念方案进行气动弹性建模与计算,利用全速势方法进行初步气动载荷分析,利用亚声速偶极子格网法进行非定常气动力的计算,利用梁架模型和刚度缩比方法对结构进行初步建模,利用统计方法计算得到各结构部件的分类重量并在结构模型中完成质量分配,形成可用于概念方案阶段静气弹载荷分析、颤振分析的气动弹性模型,并以大型民用飞机为算例进行分析研究,得到结构弹性对于全机气动特性、变形以及颤振特性的影响。     

涡轮叶片累积损伤指数模型及服役可靠性评估

在进行火箭结构分析时,需要将气动载荷转换为结构载荷。使用压力插值的转换法可保证局部载荷等效,但这种方法需要结构模型外形与气动模型保持一致,而结构模型往往只保留主要承力结构,忽略整流罩等表面细节。针对这一问题,提出一种基于压力插值和力等效的流-固载荷混合转换方法。对于表面有凸起的火箭模型,可通过对比某个气动压力点与其附近的结构单元中心点到火箭轴心的距离,从而判断该气动压力点处的结构模型是否与气动模型外形一致,划分出结构模型表面一致和不一致的区域。之后对于外形一致的区域采用压力插值法,对于外形不一致区域采用力等效法。对某火箭模型的计算结果表明,载荷转换前后的合力、合力矩误差均小于3%。本方法具有适用范围广、转换过程自动化的特点,具有较好的工程应用潜力。     

舱门类结构的约束载荷求解方法研究

计算舱门类结构强度时,通常不考虑与其连接的锁、锁接头及周边结构、拉杆、拉杆支座的刚度,直接在舱门的细节有限元模型上将与锁接头、拉杆支座连接的位置约束位移。当舱门结构为静定结构时,采用这种方法计算出的锁载荷、拉杆载荷是准确的,但通常舱门类结构为高度静不定结构,高度静不定结构的约束载荷与其支持结构的刚度有直接关系,所以,在计算高度静不定的舱门类结构强度时,必须考虑舱门支持结构的刚度。文中重点讨论舱门类结构的锁、拉杆结构的约束载荷计算方法,在舱门的细节有限元模型中采用弹簧元、梁元简化模拟舱门支持结构刚度的方法,计算舱门的约束载荷。利用这种方法计算某型飞机舱门的锁载荷和拉杆载荷,并通过试验验证,证明该种方法有效,为计算舱门类结构的约束载荷提供一种更为简洁准确的方法。     

变截面悬臂梁结构动载荷辨识方法

在航空航天领域，作用在结构上动载荷的确定对结构健康监测是非常必要和重要的。为此，本文以类似机翼结构的变截面悬臂梁结构为研究对象，提出了一种基于光纤光栅传感器与卡尔曼滤波器的动载荷识别方法。首先，根据变截面梁单元形式，推导出变截面梁的质量矩阵与刚度矩阵，建立动力学运动方程。然后，以光纤光栅传感器测得的应变信息作为观测信号，通过卡尔曼滤波器生成的增益矩阵、新息序列矩阵以及协方差矩阵，得到灵敏度矩阵和估计力的增益矩阵。在此基础上，利用广义回归模型及其最小二乘算法，估算出动载荷大小、判断出动载荷激励位置。借助数值仿真与实验手段，分别验证了该方法对于单点正弦激励、方波激励、锯齿波激励以及多点同时激励等工况下的动载荷识别效果。结果表明，本文所提算法具有较好的动载荷识别效果和噪声抑制能力，能够为未来风洞试验和真实飞行试验环境中诸如大展弦比机翼表面气动压力等载荷实时辨识、气动外形自适应控制以及结构健康监测提供技术支撑。     

大展弦比机翼剖面刚度分析

通过对变截面悬臂梁在一端受载时,自由端的位移、转角和悬臂梁各剖面刚度之间关系的分析,推导出一种基于有限元模型的剖面刚度计算方法。针对某型飞机,对机翼结构进行适当简化,建立机翼主承力结构的有限元模型,采用所推导出的方法计算了机翼沿展向各剖面的刚度,其结果可为某型飞机机翼结构设计和气动弹性分析提供参考。     

热结构在随机压力载荷作用下跳变响应计算与分析

先进的航空航天器结构暴露在严酷的工作载荷环境中,包括复杂的机械力载荷、压力载荷、声载荷和热载荷,这些载荷会导致结构以非线性方式响应。研究了随机压力载荷作用下高温薄壁结构动态响应计算方法,并构建了计算模型。首先讨论了温度对结构刚度的影响,分析表明屈曲前结构刚度随温度升高而降低,屈曲后结构刚度随温度升高而升高。在此基础上着重讨论了随机压力载荷作用下高温薄板跳变响应,对热载荷作用下的结构屈曲,以及在随机压力载荷作用下呈现出的复杂非线性动态响应特征进行了分析。     

柔性飞机的非线性飞行载荷计算研究

以某歼击机为例,按《军用飞机强度和刚度规范》要求,重点介绍了考虑飞机结构柔性和非线性气动力特性、气动载荷分布的飞行载荷计算方法和计算结果,并对柔性飞机的非线性气动力特性和气动载荷分布对飞行载荷计算状态和严重载荷设计情况选取的影响进行了对比和分析,确定了飞机严重载荷设计情况和设计载荷,从而得出一些具有实际工程参考价值的结论。分析表明,所提出的飞行载荷计算方法合理有效,计算结果合理可信。     

基于紧固件载荷变形曲线的结构有限元分析

讨论了紧固件载荷变形曲线数值分析方法,提出了基于紧固件载荷变形曲线有限元建模方法。利用三层搭接板试验结果,验证了基于紧固件载荷变形曲线的有限元建模方法有效性,并同工程中传统紧固件建模方法进行了对比研究。结果表明,采用紧固件载荷变形曲线的模型化方法更能模拟紧固件真实刚度,得的计算结果接近于试验实测结果。提出的模型化方法可为工程结构总体有限元分析或细节有限元分析中紧固件模型化提供参考。     

曲边单元间断有限元方法求解二维Euler方程

考虑到间断有限元方法对边界的敏感性,采用基于八节点曲边四边形单元的间断有限元方法求解了Euler方程的圆柱绕流问题。详细推导了八节点四边形单元的变换关系,给出了Jacobi矩阵行列式的具体表达式。对比直边单元和曲边单元的计算结果,采用曲边单元后,计算结果符合Euler方程的无粘假设,得出了八节点四边形单元间断有限元方法求解Euler方程是合适的结论。     

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。     

平面热应力问题的组合杂交有限元方法

利用组合变分原理可以增强杂交元方法解的稳定性,建立了平面热应力问题的基于区域分解的组合变分原理.与弹性力学问题相比,右端项改变;并且提出组合杂交元来离散新的变分原理、形成刚度矩阵;进而引入能量协调条件,不仅简化了变分原理及其相应的刚度矩阵,而且减少有限元解的误差.数值结果表明,能量协调的4节点组合杂交元数值性能最佳:实现粗网格高精度,对网格畸变不敏感且可以克服闭锁现象.     

复合材料板壳任意位置处载荷识别

提出了一种受载单元判别法,根据遗传算法生成的染色体所对应的载荷作用点的横、纵坐标和每个单元四条边间的几何关系,判断出集中载荷作用的单元,再根据力的等效分配原则,把载荷等效分配到所在单元的节点上,进而基于有限元分析和遗传算法自身优越的全局搜索能力实现作用于复合材料结构网格节点或单元内部任意位置处的载荷识别.与现有的神经网络识别法和有限元反分析法相比,该方法具有能够识别非网格节点处的载荷的优点,且仿真算例表明其识别精度更高.      

一种基于精确刚度分析的刚性连接单元

NASTRAN刚性连接单元RBE3中的权因子需要人为设定,由此导致分配节点载荷具有较强的主观性。针对该问题,基于结构刚度矩阵的缩聚原理提出一种精确的刚性连接单元,该单元可将指定节点上的载荷精确分配至结构的主要承力节点,并能有效克服RBE3单元中权因子不直观且难以确定的缺点。通过算例验证,表明采用本文所提出的精确刚性连接单元可以精确完成由加载节点到主要承力节点的载荷分配计算,且所得载荷分配结果更为精确可靠。     

在MIMD型机上求解板的临界载荷的一种并行算法

提出了一种在ＭＩＭＤ型并行机上求解板的临界载荷的子结构方法的并行算法。此算法实际上就是解决Ａｘ＝λＢｘ广义特征值问题（其中Ａ、Ｂ为正定的箭头型矩阵）。主要通过矩阵变换将此问题转化成适合并行算法的一般特征值问题。给出了此并行算法的并行加速及效率的分析和算例,证明了此并行算法的优越性。     

基于深度学习的飞行载荷测试与反演方法研究

飞行载荷测试技术对飞机的载荷设计、强度试飞以及寿命监控等有重要的意义。为了实现复杂翼结 构气动载荷的实时在线分布测试,提出基于精细化有限元仿真数据驱动的载荷反演方法;使用深度学习方法建 立神经网络代理模型,通过有限元方法构建典型载荷下的结构响应数据集,对模型进行训练;将基于深度学习 方法的翼面载荷反演结果与有限元计算结果进行对比验证。结果表明:总载荷的平均误差约为0.2%,压心位 置误差约为1%,该方法可以使用少量的应变测点数据对整个翼面结构的载荷分布实时反演与重构。     

金属和复合材料多钉连接钉载分配研究

本文针对金属一复合材料多钉连接件的载荷分布进行试验研究和数值分析.首先,通过应变电测法测量了一列三螺栓双剪连接件的钉载分配比例,揭示出该比例随载荷变化的现象和特征.然后,建立了考虑多面接触的三维实体有限元模型,在计算分析中考察钉一孔间隙分布、预紧力和摩擦对钉载分配的影响规律.计算结果表明:初始间隙是影响钉载分配比例的最...     

发动机吊挂与机翼连接接头强度分析与试验

飞机吊挂与机翼连接接头主要用于传递来自动力装置的载荷,是飞机结构强度设计的关键件。为了精确分析吊挂与机翼连接接头强度及应力应变分布规律,设计了一套接头强度静力试验系统,研究了接头强度有限元建模方法。以总体有限元分析得到吊挂与机翼连接接头载荷为基础,建立了接头的细节有限元模型,分析了对接头强度影响较为严重的两种工况。有限元分析结果与试验结果对比,验证了接头强度有限元建模方法合理,对民机发动机吊挂与机翼接头设计具有应用参考价值。     

金属切削加工的热力耦合模型及有限元模拟研究

基于切削加工的热-弹塑性有限元方程并在一定假设的条件下,建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型。分析、研究了切屑分离标准、刀屑界面的摩擦模型以及热控制方程等切削加工模拟所涉及的关键技术,并提出了几何-应力切屑分离标准。最后,采用ABAQUS软件对材料40CrNiMoA进行了切削加工模拟,并分析、讨论了模拟结果。通过与试验数据比较,证明了所建立的有限元模型的正确性。