含损伤非线性粘弹性本构模型及数值仿真应用

提出了一种含累积损伤的非线性粘弹性本构方程,通过数值展开,获得该应力更新方程和切线模量矩阵,利用FORTRAN语言编制了自定义材料本构模型子程序,将子程序融合到ABAQUS软件中进行有限元数值仿真。通过验证试验证明了所建立的非线性粘弹性本构方程及数值方法的准确性和实用性,为装药结构完整性数值仿真提供了较为精确的本构模型及材料子程序。     

大气环境电子束材料表面强化机理数值模拟

建立了大气环境电子束材料表面强化过程的多阶段数值模型,用于对电子束与材料表面层的相互作用过程和结构与相变过程进行研究。通过应用这一模型,使得对材料表面强化中电子束传输、温度演化和相变动力学等多参数研究成为可能,由此建立了电子束输入参数与结构相变结果之间的关系。     

一种原子氧掏蚀模型参数的校正方法

在空间原子氧效应数值模拟研究中,确定掏蚀模型各参数是保证计算结果正确性的重要工作。文章对Banks原子氧掏蚀模型的各参数的作用进行了分析,基于掏蚀过程中的相似律分析给出了数值模拟和试验数据相结合以确定该模型参数的方法。文章还提出材料的原子氧理论侵蚀当量的概念,并使用数值模拟方法与试验数据计算了一种碳纤维环氧复合材料的原子氧理论侵蚀当量。应用该特征量可以建立数值模拟结果和试验结果之间的准确关系。     

三维五向编织复合材料宏细观力学性能分析

基于三维五向编织复合材料的细观结构胞元,采用细观有限元方法建立了材料宏观等效弹性性能的力学分析模型。模型数值结果与拉伸试验数据基本吻合,说明模型可用于该材料的宏观力学性能预测。经分析其细观应力分布及变形,表明基于胞元分析的力学模型能有效预测含周期性结构材料的细观力学响应。由于该模型能给出较为合理的细观应力应变场,为进一步开展三维五向编织复合材料的失效分析奠定了基础。
     

Kevlar层合板超高速撞击数值建模及参数识别

针对Kevlar层合板在超高速撞击条件下的力学特性的复杂性及参数不准确对数值仿真的不利影响,提出一种使用正交各向异性本构模型,Chang-Chang复合材料失效模型和有限元方法对Kevlar层合板的超高速撞击力学特性进行建模并运用连续响应面技术对材料失效模型参数进行识别的方法.然后使用该方法建立了与现有文献中的试验工况相对应的数值模型,并把Kevlar层合板材料失效模型的4个参数作为优化变量,以仿真结果与试验结果的二乘残差最小作为优化目标,使用连续响应面技术建立参数优化模型,由此识别这些参数.结果表明,该建模方法能正确描述Kevlar层合板的超高速撞击力学特性,采用识别后的参数进行仿真计算可以显著提高数值模型的仿真精度.     

基于控制体积方法的降落伞初始充气模型

考虑降落伞初始充气过程中降落伞变形情况与受力特性,建立了基于控制体积方法的初始充气模型。模型从理想气体状态方程出发,通过伞衣内部气体质量求解伞衣内部各个部分所受压力,将压力结果代入基于凯恩方法建立的伞衣结构模型中,即可得到对应的伞形;模型在计算时能够考虑伞衣结构透气的影响。数值计算的结果表明,模型计算得到的初始充气过程伞衣形状变化与试验吻合较好,初始充气时间与经验公式基本一致。该方法还可用于对降落伞主充气阶段的数值模拟。     

基于MSC.Patran/Nastran的组合仪器支架模态分析方法

应用商用软件MSC.Patran建立了组合仪器支架的结构动力学有限元模型,并利用MSC.Nastran完成了组合仪器支架的模态分析。仿真结果与试验结果吻合很好,证明了所采用的建模方法及仿真技术的可行性。     

空间站吸声降噪设计的仿真评估与验证

文章针对空间站吸声降噪设计中存在的降噪效果评估问题,以空间站缩比结构为研究对象,利用声学有限元法进行吸声降噪设计仿真评估。首先建立适用于空间站的吸声降噪设计仿真评估模型,然后通过地面噪声试验验证仿真模型的准确性;最后对几种空间站可用的不同性质的吸声材料在缩比结构中的降噪效果进行了定量仿真评估。结果表明塑料泡沫的降噪效果最好,其次是浇注泡沫;浇注泡沫的质量相对较轻。本研究可为预先定量评估空间站吸声降噪设计提供参考。     

基于BDP多火焰模型的简化复合固体推进剂燃烧数值分析

复合固体推进剂是一种典型的具有细观异质结构的含能材料,其细观结构形态非常复杂,研究其燃烧火焰结构,首先需针对复合推进剂特点,建立简化的细观几何模型与合适的燃烧模型。文中引入异质"推进剂胞元"的思想,对复合推进剂细观结构进行简化,并应用基于BDP理论燃烧模型的多步化学反应动力学机制,建立AP/HTPB三明治推进剂2-D细观燃烧数值模型。计算分析考察了不同环境压强与推进剂计量数(HTPB宽度)对火焰结构、燃面几何型面及燃烧速率的影响。计算结果与相关文献研究结果相符,证明了该模型的有效性。三明治推进剂模型燃烧数值模拟可捕捉到推进剂燃烧火焰细观结构,并提供相关燃烧场详细信息,其结果可用于检验或改进各种理论燃烧模型,并为从细观层面预示异质推进剂宏观燃烧性能提供一种科学可行的数值模型与研究方法。     

考虑颗粒形状的复合固体推进剂细观损伤分析

HTPB复合固体推进剂作为一种多颗粒填充的含能材料,其损伤过程复杂。为更直观地分析其受损过程,从细观角度出发,通过分子动力学方法建立圆形颗粒填充模型与多边形颗粒填充模型。在颗粒/基体界面嵌入了零厚度的内聚力单元,分别采用双线性内聚力模型与指数型内聚力模型的分离位移关系对其进行数值仿真,并通过了Hooke-Jeeves反演方法得到了内聚力模型参数。通过对5组加载速率下不同模型的试验结果与仿真结果对比,发现多边形颗粒模型更符合推进剂的细观结构;指数型内聚力模型更适合粘弹性材料的损伤;载荷速率的提高,使得材料的模量下降率升高。     

泡沫对红外点源导引头干扰效能分析

泡沫作为一种新的无源干扰手段,对红外点源导引头干扰作用明显。在对影响泡沫干扰效能的因素进行分析的基础上,建立了红外点源导引头遮蔽面密度和泡沫两点间面密度计算模型,通过两种面密度的比较,对泡沫的干扰效能进行分析。并利用Matlab仿真工具进行了数值仿真,结果表明：随着泡沫厚度、源强的增大,两点间面密度逐渐增大,与实验测得的值基本吻合。研究结论对泡沫干扰效能评估及泡沫干扰战术的运用具有一定的参考意义。     

圆柱形声腔内衬三聚氰胺泡沫降噪方法

针对运载火箭整流罩内高强度的噪声问题,采用圆柱声腔内衬理论、有限元仿真和声学试验研究了三聚氰胺泡沫材料的中低频（100~400Hz）降噪特性。将三聚氰胺泡沫内衬等效为阻抗边界,给出了圆柱声腔简正频率的修正公式。测试了20mm、30mm、40mm厚三聚氰胺泡沫的流阻和吸声系数,通过虚拟阻抗管仿真校验了三聚氰胺泡沫的声学参数、给出了表面声阻抗率。对比了内衬理论、阻抗边界仿真、实体仿真的简正频率。建立了运载火箭整流罩圆柱段缩比模型的噪声试验平台,对空桶和敷设三种厚度三聚氰胺泡沫等四种工况进行了仿真分析和噪声试验,对比了不同厚度三聚氰胺泡沫的降噪效果。结果表明圆柱声腔内衬三聚氰胺泡沫后简正频率减小,且减小量与三聚氰胺泡沫衬里的厚度成正比;三聚氰胺泡沫衬里在中低频段仍能达到约4~8dB的降噪效果。     

玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层板弯曲失效研究

采用真空灌注方法研制了玻璃纤维-聚氨酯泡沫夹层板,通过理论推导、数值仿真及试验验证对该夹层板的弯曲失效特性进行了研究,得到了实际失效载荷以及两种失效模式。研究表明,玻璃纤维-聚氨酯泡沫夹层板的载荷变形曲线中会出现2处拐点：第一拐点对应第一失效模式,其表征为表层玻璃纤维被拉伸断裂;第二拐点对应第二失效模式,其表征为芯体泡沫被剪切开裂。     

多孔材料在整流罩内中高频降噪的应用与优化研究

基于JCA模型，采用有限元仿真和声学试验获取了三聚氰胺泡沫和吸音棉的声学参数，采用统计能量分析（SEA）方法建立了某卫星-整流罩的系统级模型。通过与混响室试验结果进行对比，验证了模型的正确性；并通过仿真和试验获取了两种材料对整流罩内噪声环境的降噪效果，分析了厚度、敷设率和敷设位置对降噪效果的影响。结果表明，采用结合Biot理论的SEA方法能有效预测整流罩内中高频噪声环境及多孔材料降噪效果；总降噪量与厚度、敷设率和敷设位置关系紧密，采用多孔材料降噪时应综合考虑以上因素。     

基于ANSYS对遥感器铝合金镜头低温环境试验技术的研究

为了给新型遥感器用铝合金镜头提供良好的模拟试验环境,针对较低的温度以及较高的温度均匀性要求,为提高试验可靠性和工作效率,采用仿真计算与试验相结合的方式。运用ANSYS软件详细分析试验过程中的三维温度场,预测整个过程的降温趋势,以提前发现试验中可能存在的潜在问题并做出有效的改进。同时开展低温条件下的试验验证。结果表明:仿真计算值与试验结果趋势相符。通过仿真分析提前预测潜在的问题并对试验方案做出改进,有助于提高试验的可靠性和效率,也为日后的各类金属镜头的低温试验奠定了基础、积累了经验。     

运载火箭连接强度有限元分析研究（英文）

The strength of the connection structure has always been a key issue in the structural design of a launch vehicle. In this paper, the finite element analysis method is used for the strength of typical connection structures of a new launch vehicle. The research scope includes the inter-stage connection structure and the bundle connection structure. Aiming at establishing the strength of these two connection structures under flight conditions, we built a refined finite element model, simulated the bolt tensile test and obtained a calculation criteria, and carried out finite element analysis of the connection structures under flight conditions. As a result, we not only established the analysis and evaluation method of the connection structures based on the refined finite element modeling analysis, but also provided a fast numerical simulation design method for the development of the launch vehicle's connection structures, which greatly improved the design efficiency and reduced the design risk.     

小尺寸高温透波盖板双温区边界隔热性能试验研究

针对小尺寸高温透波盖板迎风面和上表面需同时满足不同热环境的要求,研究使用一组红外辐射加热试验设备,同时进行双温区边界条件下的非线性气动加热环境等效模拟试验。在辐射换热条件下,考虑试件结构导热及周围介质换热影响,采用数值模拟方法对试验方案进行可行性分析。参照计算结果,使用石英灯高温辐射加热设备,对试件进行隔热性能考核试验,完成了双温区边界条件下的热环境加载试验。试验数据与数值模拟结果吻合度较好,验证了数值模拟方法的可信性和有效性。     

一种超音速环形引射器冷流缩比试验方法

在超音速引射器的设计中,为开展引射机理及启动特性等研究,需进行模拟试验;同时,通过试验可验证数值计算结果的正确性与合理性,从而优化设计.文中提出以冷空气作为引射和被引射介质,采用缩比试验模型,通过模拟喷嘴生成被引射气流,简化了试验设备.数值计算结果与试验结果符合较好,正确预测了引射管道出口处出现的正激波,真空舱压强满足...     

真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。