弹性欧拉梁大变形分析的椭圆积分统一形式

一端固支、一端受集中载荷的欧拉梁受载问题是一种基础的力学模型,具有重要的理论研究意义。针对传统的线性求解方法在大变形分析中不适用及无法计算中心定向受压杆在载荷系数超过临界值后屈曲变形的问题,提出一种非线性精确解来进行受集中载荷梁的大变形计算方法。通过椭圆积分形式来推导受集中载荷梁的变形表达,考虑在固支梁自由端加载任意角度下的定向载荷及随动载荷,给出形式统一的梁大变形方程,求解一定载荷因子系数及载荷方位角组合下的变形结果;同时利用此形式对定向受压杆的平衡分支解问题进行了分析。所提方法计算结果准确,可以应用于弹性欧拉梁受定向及随动载荷的大变形分析。      

柔性飞机大变形状态飞行载荷分析

飞行载荷分析中综合考虑了结构大变形的几何非线性效应以及曲面气动力效应.飞机结构由相互连接的可以表征任意变形的几何非线性欧拉梁表示,升力面由展向以及弦向分布的涡环网格表示.计算时通过曲面网格动态跟踪结构的变形不断修改气动力影响系数矩阵,反复迭代求解气动力和结构变形直至结构变形收敛.给出了风洞试验机翼模型以及无约束定常平飞模型算例.计算结果表明:在小变形阶段该方法与线性计算方法的结果基本一致,非线性效应不明显;大变形阶段由于曲面气动力的非线性效应,计算结果与线性方法的有显著差别.分析表明该方法在大变形阶段的计算结果比线性结果更为合理,数值计算时间短,适合于工程快速分析.     

一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法

针对目前对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时的可行性不高、计算量较大等问题,提出一种更加有效可靠的预测多钉铆接连接件的疲劳寿命的方法。对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时,先对压铆铆接过程进行了显示动力学分析,获得铆接后的钉、孔变形形式和干涉量,并编写了APDL子程序用于各种形式试件的铆接过程分析。用紧固件的载荷-位移曲线进行细节应力分析。基于三维弹塑性有限元法建立铆接连接件的载荷-位移计算方法,并通过与试验结果对比,说明用本文方法获取载荷-位移曲线的可靠性。在ANSYS中建立钉单元,并实现参数化建模进行钉载计算。使用应力严重系数法估算连接件疲劳寿命。开展典型航空铆接连接件疲劳试验,计算结果与试验结果一致性较好,说明计算方法的可行性。      

冲击载荷下受轴向约束的点阵材料夹芯简支梁

对受到均布冲击载荷的轴向不可移点阵材料夹芯简支梁进行了刚塑性动力响应理论分析和弹塑性有限元分析.首先给出了夹芯梁在外包和内接屈服条件下中点最大挠度的理论预测值,并与有限元结果进行了比较,有限元计算结果介于两种屈服条件给出的理论预测结果之间,有限元计算的支座处最大转角与外包屈服条件给出的理论预测结果接近.然后考察了点阵材料夹芯梁的抗冲击性能和吸能效果.结果表明:夹芯梁的最大挠度和塑性耗散能对杆元与面板夹角及相对密度十分敏感,设计合理的夹芯梁具有很好的吸能效果和抗冲击性能.     

模拟弹塑性碰撞的修正SPH方法

从基本的无网格光滑粒子法SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)近似出发,修正了模拟固体力学中大变形弹塑性碰撞的SPH方法.在边界处采用修正的边界条件,弹塑性分析过程中采用增量理论计算应力,迭代过程中用守恒光滑法进行滤波修正消除拉力不稳定.对SPH方法进行了程序实现,给出了杆弹塑性碰撞的算例.计算分析表明,SPH方法节点的影响域较大、精度较相同节点间距有限元法的结果有一定差距,但是通过增加粒子数量可以提高SPH的精度,保持了其简单性和计算大变形的特性.      

钢管混凝土柱极限承载力分析的分段合成法

在计算钢管混凝土受压构件弹塑性极限承载力的合成法基础上,提出了一种新的数值计算方法--分段合成法,计算假设仅包括平截面假设和考虑紧箍力影响的钢管混凝土的应力-应变关系,取消了原合成法中对柱变形曲线的假设,积分时不仅需要在截面上划分单元而且还需沿杆长划分单元,因而可考虑柱多个截面的平衡条件.与原合成法相比,该方法不仅适用于轴压构件和两端偏心距相等的偏压构件,而且还适用于两端偏心距不等的偏压构件的弹塑性极限承载力计算.利用提出的方法和程序,计算了圆形截面钢管混凝土轴压长柱、两端偏心距相等的偏压长柱以及两端偏心距不等的偏压长柱的弹塑性极限承载力,理论分析结果与文献中的理论结果和试验结果均吻合良好.     

一般硬化材料弹塑性梁的工程解法

在小弹塑性变形范围内,首先将应力写成应变的奇次四项式的幂函数形式。使其相当精确地拟合材料的拉伸曲线。然后,应用弹性梁的位移模态和一待定系数构成弹塑性位移场。并用最小势能原理确定该系数,从而得到封闭解。最后,给出若干典型算例和实验验证。实验结果和理论结果吻合得很好。     

基于应变的几何非线性梁建模与分析

柔性机翼在气动载荷作用下产生较大变形，几何非线性因素不容忽视。利用机翼柔性特点，通常采用梁模型进行结构建模。从几何精确梁理论出发，结合Hamilton原理推导了几何非线性梁的动力学平衡方程。不同于经典的位移基有限元，采用梁广义应变作为插值变量，得到广义质量阵、广义阻尼阵、刚度阵及载荷列向量，建立非线性应变梁模型。结合Newmark数值算法和牛顿-拉夫森（Newdon-Raphson）迭代法建立了动力学方程求解算法。针对典型算例，开展静、动力学分析，并分别与有限元软件的仿真结果进行对比。结果表明：在相当计算精度下，所建模型收敛特性更好。为进一步验证所建模型在工程实际应用中的精度和有效性，开展针对典型大展弦比机翼的地面静力试验。试验表明：仿真结果与激光位移计和光纤传感设备测得的变形值具有较高的一致性，验证了所建模型具有较高精度。     

基于统计学方法的卫星在轨热变形快速分析

为使用在轨实测温度数据辅助完成成像载荷视轴指向的在轨标定,首次将应用于地统计学中的普通克里格法用于卫星在轨温度场的无偏估计,提出了一种基于统计学方法的在轨热变形快速分析方法。应用热试验过程中星上少量温度实测数据进行卫星温度场的无偏估计,并将温度计算结果赋值到有限元模型,进而完成了热变形分析。应用此种方法,相比通过热物理方法进行温度场分析,可将热变形分析的工期缩短数日,且载荷变形的分析结果与试验实测结果的误差在1′左右,可较准确地得到载荷视轴在热变形作用下的指向变化。文章可为卫星在轨热变形的快速分析提供参考。     

含多处任意脱层层合梁屈曲的微分求积解法

基于铁木辛柯(Timoshenko)梁理论,建立了含任意脱层的复合梁模型,并利用微分求积DQ(Differential Quadrature)法,研究了含多处任意脱层层合梁的屈曲问题.该复合梁模型给出的含单脱层层合梁的临界屈曲载荷计算结果与相关文献结果一致.此外,以两端固支,含两个任意长度、任意深度贯穿脱层的层合梁为例,分析了脱层长度、深度以及相对位置对屈曲载荷的影响.为工程结构设计和分析提供了一种简单有效的方法,给出了一些有参考价值的结果.     

碳纤维复合材料方形薄壁梁在弯曲和扭转联合作用下的试验研究和结果分析

本文介绍了以M40碳纤维为增强材料的方形薄壁梁,在承受弯曲和扭转联合作用下的应变分布;扭转变形的测定;梁的破坏载荷的确定。所测试验数据稳定,说明构件制造工艺可靠,满足产品的强度、刚度要求。该结构已用于实际产品上,取得比较满意的结果。     

直齿锥齿轮齿根应力的有限元分析

根据展成法加工的直齿圆锥齿轮的齿面和齿根过渡曲面方程，建立了轮齿弯曲强度计算的精确的有限元模型，用柔度矩阵法确定接触线上的载荷分布，进行计算齿根应力，根据上述方法，编制了相应的微机程序，本程序可一次求解多个啮合位置的载荷分布、轮齿变形和齿根应力，并可计算双齿对工作时各对齿上的载荷、变形和应力，便于对直齿锥齿轮弯曲强度进行全面分析，算例表明，本文结果与其它文献结果吻合良好。     

曲梁弹性波的传播

用特征线法求出了脉冲载荷作用下的控制曲梁运动的Ｍｏｒｌｅｙ方程的数值解，并用Ｐｌａｓｓ的直梁结果验证了曲率趋于零的极限情形，应用性地研究了曲梁中部受冲击载荷作用的弹性波传播问题，计算结果表明：该数值计算方法简便易行、效率高、有良好的收敛性和稳定性。     

解弹塑性问题的非一致插入迭代法

本文所述解弹塑性问题的非一致插入迭代法,其理论基础是弹塑性形变理论的最小势能原理。所讨论的材料为硬化材料,其割线模数E_s与应变强度e_i的关系,采用本文所述关于e_i~2的有理整函数的形式。为了考虑材料可压缩性的影响,引入了变形体等效应变强度的概念。在计算泛函时,根据位移函数在不同积分项中的作用,分别采取了不同的插入公式,即采用非一致插入法。所有这些方法和概念同样适用于弹塑性问题的有限元分析。 为了说明本文所述方法的收敛性与准确性,研究了薄圆板的弹塑性弯曲问题,并与有关的实验结果进行了比较。分析表明,按本文所述方法求解,不仅迭代收敛性很好,而且计算结果与实验结果非常符合。     

表面裂纹三维弹塑性有限元分析

本文用三维弹塑性有限元计算了含表面裂纹均匀拉伸板在不同载荷大小下的弹塑性位移场、应力场和裂纹尖端塑性区等。计算结果表明:裂纹张开位移具有良好的线性段;对称面和前表面不是处于平面应变和平面应力状态,它们的塑性区用二维情况下的Irwin公式估计误差很大;裂纹尖端塑性区随着载荷的增加,后自由表面的影响也增加;体内大部分区域近似于无裂纹的轴向拉伸应力状态,仅在相当靠近裂纹尖端地区才有较强的塑性约束;裂纹顶端的第三维正应力也具有奇异性。这些结果对于表面裂纹的断裂、疲劳特性研究具有一定的参考价值。     

带口盖复合材料柱壳压缩性能

研究了1/3弧长带有口盖复合材料柱壳的压缩行为.实验测试的带口盖柱壳结构在压缩后发生局部屈曲变形,无后屈曲现象发生,屈曲破坏载荷为118.944 kN.利用ABAQUS有限元软件建立相应有限元模型计算其屈曲破坏行为,并将计算结果与实验结果进行比较,证明所建立的模型正确有效.利用所建立的模型,探究提高结构屈曲载荷的方法.研究表明:补片与口盖的铺层角度对结构的屈曲载荷有直接影响,如果补片与口盖的铺层角度由0°变为20°后,结构屈曲载荷可以分别提高6.8%和2.4%;补片厚度也与结构屈曲载荷相关,但试图增加现有补片厚度来提高结构屈曲载荷方法并不十分理想.当补片厚度由11层提高到16层时,结构屈曲载荷也仅提高了2.37%,考虑成本与重量因素,此方法与改变铺层角度相比不可取.     

金属蜗杆与塑料斜齿轮不等齿距啮合方法

为了进一步提高金属蜗杆与塑料斜齿轮传动中塑料齿轮的承载能力,研究了传统等齿距蜗杆与斜齿轮啮合传动时受力的特点,提出了蜗杆与斜齿轮不等齿距啮合方法。基于梁弯曲理论和轮齿变形理论,得到了齿面载荷、变形及接触刚度的关系,并以轮齿齿根弯曲变形率相等为前提,推导了不等齿距啮合的设计方法,得到了不等齿距啮合时蜗杆的齿距调整量,通过静态强度实验进行了验证。实验结果表明:不等齿距设计可以使塑料斜齿轮的承载能力提高13.69%。      

基于CFD/CSD耦合的高速射弹尾拍载荷特性研究

为提高射弹尾拍载荷的预测精度，建立了一套基于计算流体动力学（CFD）/计算结构动力学（CSD）双向耦合分析的计算方法和程序。射弹流体计算主控方程采用耦合SSTk-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型的Navier-Stokes方程，射弹结构计算采用基于模态叠加法简化的结构动力学方程，流固耦合界面插值采用径向基函数法，网格变形采用弹簧网格法。分别对泡型计算方法和流固耦合方法进行验证，在此基础上，计算对比1 000 m/s速度下射弹刚体和弹性体的尾拍泡型、结构变形和尾拍流体载荷特性差异。计算表明：弹性体尾拍过程，射弹泡型会产生弹身“二次拍击”、“局部沾湿”和沾湿面积增大等特殊现象，结构变形由弹性一弯模态主导，较大的变形引起流体载荷增大27%～105%，尾拍姿态角增大13%，尾拍频率增加20%，流固耦合效应对尾拍泡型、尾拍载荷和尾拍弹道均产生了较强的影响。     

大展弦比柔性机翼气动特性分析

长航时无人机在飞行过程中受气动载荷影响,其大展弦比机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将此种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析.针对一真实复合材料大展弦比前掠机翼,采用气动/结构一体化的分析方法,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT和计算结构动力学(CSD)软件NASTRAN联合求解,研究了在不同载荷情况下大展弦比柔性机翼静气动弹性变形对机翼气动特性的影响.结果表明,大展弦比无人机机翼受载变形后升阻比降低,滚转力矩和偏航力矩显著增大,对飞机的纵向和横侧向气动性能产生不利影响,同时也证明此CFD/CSD耦合计算方法可以应用到柔性机翼的气动/结构一体化设计中.      

基于多点约束的大展弦比机翼静气动弹性计算

基于雷诺平均N-S方程和多块结构网格技术计算大展弦比机翼的气动力.机翼采用梁模型结构,利用有限元方法计算结构变形.建立基于多点约束(MPC,Multi-Point Constrain)的气动、结构数据的双向传递方法.采用MPC数据插值方法快捷地实现自主研发的计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)程序和NASTRAN计算结构力学(CSD,Computational Structural Dynamics)软件的耦合计算,发展出可以考虑结构非线性的静气动弹性CFD/CSD耦合计算方法,该方法比只考虑单方向变形的柔度法更精确.开展了某大展弦比机翼的静气动弹性数值计算分析,结果显示只考虑机翼纵向变形而忽略展向变形对计算结果会有一定影响,而该算例几何非线性影响较小.