复杂非线性结构随机振动环境试验的数值模拟——虚拟振动环境试验系统

介绍了复杂非线性结构振动环境试验计算机模拟过程,为建立虚拟振动环境试验系统奠定基础。振动环境试验的数值模拟包括建模和控制器设计两个核心问题。对复杂非线性结构的计算机模拟具体过程是:首先对被试非线性结构建立非线性有限元模型,并简化成一个低自由度模型;利用低自由度系统和两个反馈测点的加速度设计反馈控制器,使其被控制点响应加速度的功率谱密度达到规范谱型,控制器的反馈即为非线性结构的激励;将激励作用到有限元模型,并做响应计算,验证其响应加速度功率谱密度是否达到预定的规范谱,如果不满足,可重新减缩非线性有限元模型,或另选控制律,重新设计控制器;分析非线性有限元模型的响应,并进行可靠性分析。由振动环境试验的数值模拟过程可发展而成虚拟振动环境试验系统。     

冲击环境与质量载荷效应

一、引言在制定或实施产品部件冲击规范时,常遇到这样一个问题:部件重量(质量载荷)的变化是否要导致部件冲击环境(规范)的改变?资料[1]汇编了美国很多公司的一些产品冲击试验数据,其中有关数据表明,部件重量变化对冲击环境没有什么影响,但文中又认为部件重量变化要影响到冲击环境,因此建议对此矛盾问题作进一步专门研究。后来就出现资料[2],此文作了大量冲击试验及冲击谱计算与比较工作,最后发现部件重量变化与冲击环境之间不存在可以预示的关系,其结果仍     

汽车运输模拟

运输试验是产品环境试验项目之一。本文介绍汽车运输振动环境的试验室模拟方案. 试验室模拟方案代替室外跑车试验方法,节省了人力、物力,缩短了试验周期,有利于实现试验技禾自动化、现代化。运输颠簸振动,对产品起着直接损伤的作用。为了保证产品可靠使用,要求采取简便的试验方法,使试验室内运输模拟试验能正确地等效使用环境。在1967年我们开始进行汽车运输模拟试验课题的研究工作,先后完成汽车运输环境模拟(对时间1:1)方案和汽     

机发导弹的飞行剖面综合环境模拟试验

前言以模拟试件工作中实际遇到的环境及其变化状况为内容的综合环境可靠性试验(CERT)方法,是美国在七十年代以后以航空电子仪器为对象而发展起来的。目前已得到广泛的承认,并被纳入军用标准MIL-STD-781C和MIL-STD-810D中,作为设计、生产与使用中提高航空电子仪器可靠性的试验方法。与此同时,也提出了机载(airborne)的其他仪器与装备是否也可以应用飞行剖面综合     

基于Labview的高空模拟舱模拟特性研究

为模拟飞机在各种飞行状态下所处大气环境压力的变化,建立了基于虚拟仪器的高空模拟舱系统,以实现飞机座舱压力控制系统的性能测试。在分析高空模拟舱系统工作特性的基础上,采用Labview软件开发数字比例-积分-微分(Proportion-integration-differentation,PID)控制器,基于SCXI硬件系统构成的虚拟仪器测控平台,实现了高空模拟舱系统的压力控制。在高空模拟舱系统上进行了数字气动式座舱压力控制系统的性能试验,结果表明高空模拟舱系统能够准确模拟飞机的飞行状态,为座舱压力控制系统的性能测试提供良好的试验条件。     

组合环境可靠性试验(CERT)

前言近年来为了改善环境和可靠性试验的性质和质量,人们做了许多努力。在众多的试验方法中,组合环境可靠性试验(CERT——Combined Environment Reliability Test)受到了广泛的重视。组合环境可靠性试验是指用切实可行的方法,在实验室内尽可能再现试件实际使用时所经历的各种环境及变化情况,把试件置于同时受到几种环境强制作用的模拟条件下进行试验。对于宇航和航空器以及它们所载的各类设备(如电子、通讯设备等)来说,就象在实验     

低气压环境火箭底部柔性防热材料隔热试验研究

文章针对飞行环境的压力变化,采用低气压环境复合瞬态热试验系统,在常压、20kPa、2kPa三种压力环境下模拟了火箭底部柔性防热材料在飞行过程中的瞬态热载荷.通过测试试件升温状态及表面烧蚀状态,研究压力环境对材料隔热性能的影响.通过试验结果对比分析,发现箭体底部柔性防热材料的升温幅度与烧蚀程度均随环境压力的下降而降低,2...     

Ma4下超燃发动机乙烯点火及火焰传播过程试验研究

在直连式脉冲燃烧设备上,开展了模拟Ma4,总温935K 来流参数下的超燃发动机乙烯点火试验。试验利用了火炬点火器和引导氢气的辅助点火方式,实现了乙烯的点火和稳定燃烧。结合壁面压力测量、高速摄影和数值模拟方法,分析点火及火焰传播过程发现:(1)在现有的注油方式下,回流区有利于点火,剪切层和凹槽后部是稳焰的主要区域;(2)点火成功后,影响凹槽稳焰的主要因素为燃料与氧化剂的浓度,剪切层内和凹槽后部持续卷吸氧化剂,因而能够维持稳定的燃烧;(3)凹槽下游注入的燃料发生燃烧造成流道一定程度壅塞,是提升燃烧室压力水平的重要原因,但该处的燃烧不能够稳定,引起燃烧室内压力的振荡,而导致该处不稳定燃烧的2个主要因素为变化的氧含量和较高的流速。     

瞬态环境的快速扫描模拟法

一问题的提出在导弹或宇宙飞船——运载火箭的整个飞行过程中,由于各级发动机点火,关机,级间分离,天线罩抛射等动作造成仪器仓内各种设备的瞬态环境。这种环境的特点是:(1)加速度时间历程是复杂振荡型脉冲。(2)作用时间很短(以毫秒为单位)。(3)加速度幅值较大而速度和位移较小。十几年来,对这种瞬态环境的试验模拟一直是以冲击响应峰值等效为原则的。但冲击的破坏机理较复杂,冲击谱相同的脉冲并不一定引起相同的破坏。因此为了更真实地模拟瞬态环境,除了满足冲击谱的要求之外,必须使模拟波形尽量接近瞬态环境。国外对瞬态环境的模拟早期是用跌落式冲击机产生半正弦单脉冲。由于这种脉冲环境和     

8m×6m风洞特大迎角试验设备研制

8m×6m风洞特大迎角试验设备是该风洞最新配套的多用途支撑系统,其主要用途包括3个方面:(1)支撑战斗机模型完成特大迎角状态测力、测压试验任务,迎角连续变化范围0°~120°,侧滑角变化范围达±30°;(2)支撑大尺度模型(最大翼展达6m)完成常规测力、测压、地效试验任务,此时迎角连续变化范围-10°~30°,在特定条件下,迎角可扩展到70°以上;(3)支撑特殊模型进行特种试验,包括细长体模型、车辆模型、螺旋桨模型、动力模拟试验模型等.该设备主要特点有:模型支撑方式多样,可满足常规和大量特种模型支撑和姿态变化需要;系统刚性强,模型支撑牢固,变形小;机构运行灵活,模型姿态变化定位精确.     

瞬态环境与带谷试验

本文介绍了飞行器有效负载的瞬态振动环境及其规范方法,讨论了正弦扫描模拟瞬态环境的保守性。为了解决上述模拟试验过分保守的问题,本文结合实例介绍了帶谷正弦扫描试验的概念和方法,并给出了带谷试验所必须的响应控制值的估算方法。文末给出了估算的响应上界与理论值和试验值的比较。     

一个动力学系统两种质量载荷效应现象研究

提出一个简单动力学系统数学模型以研究两种质量载荷效应现象:一种,在安装点部件的重量变化对振动环境没有什么影响,此谓"高频质量载荷效应";另一种,部件设计及其试验规范中所有振动试验都应该考虑的"吸振器质量载荷效应".正文给出了例子与一些结论.     

φ3.2m风洞活动地板系统研制

目前在风洞中通常采用固定地板和活动地板两种模拟方法开展飞行器地面效应研究,确定地面效应影响量大小.采用固定地板模拟地面时,由于存在地板边界层,不能真实模拟飞机近地飞行状况.采用活动地板模拟地面时,由于活动带运行速度和方向与来流一致,在活动地板表面不存在边界层,可以真实模拟飞机近地飞行状况,提高地面效应试验数据的精准度.介绍了φ3.2m风洞活动地板系统的研制情况,对活动地板系统的组成、结构形式、主要技术指标等作了简要介绍.YF-16模型试验结果表明:φ3.2m风洞活动地板试验系统的性能指标达到了设计要求,活动带最大运行速度为60m/s;活动地板和固定地板两种模拟方法获得的地面效应试验结果存在较大差别,差别大小随地板高度和飞机姿态角变化而变化.     

直升机动态着舰流场下的旋翼气动载荷分析

直升机着舰流场复杂多变,严重影响着旋翼的气动环境,进而影响直升机着舰安全。本文基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术建立了一个直升机动态着舰的数值模拟方法,并以此研究直升机着舰过程中的气动载荷变化。该方法以N-S方程作为控制方程,并选取k-ω湍流模型来提高对涡流场的捕捉精度,采用动量源方法模拟旋翼。应用所建立的方法,着重分析了直升机侧弦进场、垂直降落过程中的耦合流场特征和气动载荷变化。结果表明:直升机侧弦进场时旋翼会与甲板舷涡以及舰船艉部的涡回流区发生较强的涡干扰,导致拉力显著降低,在舰面效应的影响下易产生一个附加的滚转力矩,影响直升机姿态稳定;垂直降落时在上述干扰的综合作用下,旋翼拉力呈现出先减小、后增大的特点,各气动载荷在接近甲板时会出现剧烈的波动,加大了着舰风险。     

导弹可靠性试验与冲击振动工程(美国专家莫尔罗博士在华技术交流总结)

莫尔罗(Charles T.Morrow)博士是美国导弹冲击振动工程专家,早年毕业于哈佛大学,取得哈佛大学声学和通讯工程博士学位,先后在哈佛水声电声试验室,斯佩里陀螺仪公司,休斯公司,宇航公司,LTV研究中心,Ling-Altec电子公司,先进技术中心工作过。他是一个从基础科学领域走进工程技术领域的学者,在声学,电子机械装置,冲击和振动,噪声控制等学科有较深的造诣。据介绍,五十年代苏联洲际导弹研制成功以后,美国深感落后,为了解决导弹的可靠性问题,他们把受过高级训练,特别是具备声学基础和对统计学与概率论有经验的人请到导弹领域,以便认清问题和提供解决办法。莫尔罗就是其中一个。他负责制定了美国第一个洲际导弹环境试验规范,同时引进随机振动和连续谱的概念,并发展了关于概率分布,功率谱和结构的随机振动响应等基本概念。他著有《冲击振动工程》第一卷(1963),《作为技术管理工具的环境试验规范》(1981)等书。并为《随机振动》第二卷(1963),《导弹包装基础》(1955),《科技百科全书》(1971),《冲击振动手册》(1975年版)撰写了重要章节。从著作来看,他在学术上有独到的见解。应北京强度环境研究所的邀请,莫尔罗博士于1982年9月19日至10月4日来华与我国冲击振动界人士进行技术交流。他以“环境试验和统计可靠性试验的关系”,“冲击振动工程”为题,介绍了他本人及美国在导弹的可靠性、环境、规范、试验、设计和设备等方面的研究情况;同时就可靠性试验和环境试验的关系、冲击振动工程、隔震问题、低频振动问题与我国同行进行了技术座谈。概括起来,他的主要技术观点是: (一)对于导弹,应该把人力、物力花在研制初期的可靠性增长试验上,而不花在到研制后期才见结果的可靠性指标验证试验上。 (二)对于导弹,环境试验规范应起到指导设计作用,而不只起到在设备研制完以后的检验作用。 (三)导弹的主要振源是发动机噪声和气动噪声;环境试验的目的是发现设备的薄弱环节,纯粹的模拟真实环境的做法是不可取的。 (四)美国的导弹用的电子设备和惯性器件不用隔震器,也不用粘弹性材料隔震。问题通过限制设备的最低谐振频率和提高设备在高频的抗震能力来解决。 (五)描述瞬态振动环境的办法美国目前尚无定论;在制定洲际导弹规范时,并没有多少数据;美国现有规范中的低频段,并不是真实环境的表述,而是试验设备的使用极限。莫尔罗博士是迄今为止来华的学者中唯一搞导弹的专家。由于他自始至终参加了美国第一代洲际导弹的冲击振动工程工作,因此他的技术观点与实践有助于我们深入了解美国导弹的发展,从中吸取有益的经验。尤其是他在可靠性增长、隔震、低频方面所提到的问题,正是当前迫切需要解决的问题。但是,由于保密的原因,加之他最近已退休,某些技术内容以至观点未必能反映美国当前的技术状况。这里特别要强调的是,虽然莫尔罗关于导弹的统计可靠性试验的观点已经反映在1975年出版的《冲击振动手册》之中,但是据我们所知即使在美国还有另一种颇为不同的观点与实践,肯定了导弹的统计可靠性试验的必要性。在这次技术座谈中,我国有关方面的同行就此问题与莫尔罗博士展开了讨论,提出了不同意见。但是这个总结只反映了莫尔罗本人的观点。不言而喻,与他的其它技术观点一样,它既不能作为美国技术状态的全面描述,更不能作为我们行动的依据。我们欢迎全面介绍美国在这方面情况的文章,欢迎有关人员参加讨论这些问题和对莫尔罗的观点进行评价。这次技术座谈是由北京强度环境研究所所长陈奇妙同志主持的,由何克让和厉慧敏同志翻译,吴家驹和冯振兴同志记录。本文是由吴家驹同志整理成文,宋文治、张维纲、郑开陛和李德林等同志校阅补充,最后由陈奇妙同志审订的。以下按可靠性试验、规范、数据处理、试验方法、隔震、非平稳问题,对莫尔罗博士的报告及部分座谈答问内容进行整理。     

屋面雪荷载分布风洞试验研究

为了预测屋面雪荷载分布,采用细石英砂粒子模拟风吹雪进行风洞试验研究,通过降雪模拟和均匀重分布试验,获得了几种典型屋面的积雪系数分布,并与中国荷载规范进行了比较。结果表明:当试验风速达到阈值风速后,测量的风洞流场有效气动粗糙长度随着风速增加而增大,显示出风吹雪边界层流场的典型特性;试验获得的阶梯形屋面积雪系数均小于中国荷载规范值;单跨双坡屋面的迎风屋面积雪系数可能会超过荷载规范值,特别是20°屋面,而10°屋面积雪系数随时间发展逐渐减小,并最终在规范值之内。在模拟降雪试验中,双跨双坡屋面的第一个迎风屋面积雪系数相对较大,但小于荷载规范值;在均匀重分布试验中,双跨双坡屋面的最大积雪系数均在第一个背风屋面的屋脊后方,其值接近1.5,超过了荷载规范值。     

1983年及今后几年的试验工业展望(美国试验工业负责人谈试验改革与趋向)

世界经济处于恢复期展望1983年可靠性试验工业与目前世界性的经济恢复期的情况,使我对新的一年持乐观态度。最有影响的因素之一显然是不断地强调统计质量管理。它受到许多企业的广泛支持,这说明卖主对产品的质量要求更严格了。第二是增加了政府委托的试验计划(比如组合环境可靠性试验)。该计划将对83年产生实质性的影响;第三,在裁决产品退货及保险方面所花的钱已引起管理者对几乎所有企业中可靠性试验价值的重视。我认为83年以及今后几年试验工业面临着以下几个需要解决的问题: 1.条件更为苛刻而费用更为低廉的产品、部件可靠性试验; 2.在模拟整个使用期实际工作条件下进行评定;     

信息系统群演化的综合环境SEE的研究

旨在通过对系统构架各视角的研究，开发一个信息系统综合演化环境，从而提供针对各类系统演化特征的通用的解决方案，并利用方法论的手段规范、指导和维护系统(群)的演化活动。本文首先论述了大型系统中各个系统和组件变化及改进活动中存在的问题，分析相关的研究及面临的挑战，从而提出系统群演化的概念。然后文章概括了系统群演化的特征，提出解决以上问题的思想方法，即开发“信息系统群演化的综合环境(Synthetic environment of evolution，SEE)”，将各种演化活动纳入规范，指导系统群的演化活动；在此基础上，进一步就实现SEE的关键技术给出了描述及运用的范例。     

响应板式爆炸冲击模拟装置试验仿真分析

根据响应板式爆炸冲击模拟装置的基本原理,介绍了在MSC．Patran中建立响应板式爆炸冲击模拟装置仿真模型,并利用MSC．Dytran求解器进行了分析计算的过程。通过在仿真模型中修改模拟装置的各个系统参数,如边界条件、初始条件、几何尺寸等参数,获取了这些参数变化对模拟装置模拟的冲击环境变化的规律,解决了如何灵活利用仿真分析的方法来指导试验调试的问题,大大减少了冲击试验调试的时间和提高了冲击试验的精度。     

宇航爆脱冲击(Pyroshock)事故与环境问题

本文扼要综述目前国际上关于宇航爆脱冲击(Pyroshock=Pyrotechnic Shock)方面的问题及前后认识;爆脱冲击引起的宇航事故远多于振动引起的宇航事故的情况和原因;新型爆脱装置——超级拉链(SuperZip);目前爆脱冲击环境测量,数据处理及模拟试验技术等问题;最后提出了建议。