虚位移原理在桿弹塑性弯曲变形上的应用

目前在工程上计算梁的弯曲弹塑性变形时,一般都釆用方程式直接积分法或图解解析法,这些方法常常带来繁复的计算。 本文利用虚位移原理求解梁的弹塑性变形,结果使计算大大简化,特别是对于强化材料受有某些复杂载荷时的梁。在计算中采用了近似方法,即假设变形曲线是一满足边界条件的三角函数。以两端绞支受有均布载荷的梁为例,将位移计算结果与精确值比较,二者是相当接近的。     

承受轴压的柱形笼式结构的弹性稳定性

本文是用能量法解决圆柱形笼式结构(即由直的母线与水平的圆环所组成的圆柱形网格)的弹性稳定的理论计算问题。通过实验观察分析,得出刚架效应对临界值影响很大。为了在理论计算中考虑刚架效应,本文提出剪切刚度当量的概念,即在方法上用假想钣的剪切来替代刚架剪切效应的办法。所得结果比较简单而又较已有理论临界值公式更接近实验值。 本文整个研究过程都是在我们的老师王德荣教授等的指导和帮助下完成。同时还有许多同志(包括5114班五位同学)共同搞实验工作。谨向他们表示深切的谢意。     

变厚度钣化为等效二维各向异性钣问题求解的一种工程方法

本文将变厚度钣问题化为等效二维各向异性问题,对于厚度作直线变化的情况,利用复变函数方法得到域内的应力场和位移场,最后用变分原理求解变厚度含裂纹钣的应力强度因子。计算结果表明,本文方法使用简单方便,收敛性好,对一般变厚度钣有关参量计算有一定的实用价值。     

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。     

对半无限钣在部分均匀分布载荷及集中载荷下古典应力分析方法的补充

弹性力学中所谈连续垂直压力载荷及集中载荷作用于弹性体的平直表面上的问题,在实际应用甚为重要。比如重型机械的受压部份、地基承载下陷现象以及航空器上釆用厚钣时都有这一类问题。 对于这类问题的研究已经有不少文献可以参考。有的用应力函数及毛氏园方法求出应力结果。后来也有人利用在集中力作用下所求的结果再由积分求出均匀分布载荷的情况。前者在集中力载荷问题中最初就假设剪应力等于零,这样往往使读者感觉物理意义不够明显;并且在均匀载荷问题中已经解决的问题还不够全面。后者方法还没能得到在均匀分布载荷下与径向平行及垂直方向的应力分量。 为此,笔者用应力函数方法先将半无限钣在有部分均匀分布载荷的情况下求出在任一点上的应力分量σ_r,σ_θ和τ_(rθ)以及σ_x,σ_y和τ_(xy)。其次将这结果用极限观念求出集中载荷的应力分量。这一简单方法,物理意义既然是很清楚,各种应力分量亦能全部演算出来。     

对称面圆周角对轴对称降落伞流场特性的影响

根据降落伞的特点,通过3点假设(伞衣薄膜、伞的轴对称和流场定常),将三维复杂流动问题转化成二维轴对称问题,以节约计算时间.定义对称面圆周角,保持伞衣幅底部直径和顶孔直径不变,选取对称面圆周角在80°~140°范围内变化,建立一系列轴对称降落伞的计算模型.利用数值模拟手段,求解RNG (Renormalization Group)k-epsilon湍流模型下的N-S方程组,获得与有关单位试验相吻合的计算结果.分析发现对称面圆周角和伞衣幅高度对降落伞阻力影响很小.算例中阻力随对称面圆周角的变化在±0.28%以内.对称面圆周角的变化对轴对称降落伞尾流区流场的拓扑结构没有影响.对称轴上存在2个鞍点,随着对称面圆周角的增大,第1个鞍点的位置几乎不变,第2个鞍点的位置向尾流方向推移.      

液体火箭贮箱增压计算公式的分析

<正>一、问题的提出火箭推进剂贮箱增压系统是液体火箭上不可缺少的一个系统,增压系统保证的推进剂贮箱压力值直接关系到液体发动机工作的成败,攸关重要。然而要在地面靠模拟试验确定贮箱压力值,不仅耗资太大,并且边界条件复杂,模拟困难。因此,增压压力的理论计算就显得十分重要了。增压系统理论计算的要点是根据能量守恒原理及气体状态方程式,对进入贮箱的能量与输出的能量进行平衡,从而计算出推进剂贮箱内的增压气体压力Px。以往的增压计算,其基本公式均采用传统的方程式:     

铆接结构机身的壁钣化对其制造中装配—安装工作劳动量的影响

1.绪言。基本假设 结构的工艺性就是它适应于用先进生产方法的程度,所谓先进生产方法是能保证产品高度的质量和最低的成本。结构的工艺性首先是决定于结构—工艺的特点,对铆接结构机身而言,它们的壁钣化以及分解成可以独立进行装配的钣件等即为其结构—工艺特点。     

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旋转盘的变分解法

首先在小弹塑性范围内用应变的奇次四项式相当精确地拟合一般硬化材料的拉伸曲线;再在体积不变条件下用弹性位移场的已知模态和一待定幅值构成弹塑性位移场;最后用势能原理确定该幅值而得到封闭解。     

微阴极电弧推力器放电寿命特性研究

微阴极电弧推力器(micro-cathode arc thruster,μCAT)在微纳卫星空间任务中有良好的应用前景,但寿命问题是目前制约其发展的重要因素.研制了自动数据采集系统,进行了不同放电频率下全寿命试验,观察分析了失效后阴极材料及导电薄膜的形貌变化.研究结果表明:推力器工作初期,放电特性为不稳定阶段,该阶段在...     

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.      

压电类智能梁元的优化布局

分别对具有无限小长度驱动器的悬臂和简支智能梁的一阶模态和二阶模态进行了具体的分析和计算,确定了驱动器在梁元中的最优布局,总结了有关驱动器在梁元中布局的一些基本性质,并从解析的角度对驱动器的最优布局点给予解释.由于以上有关驱动器最优布局的分析是在忽略驱动器的长度的假设基础上进行的,所以又对有限长度的驱动器的布局问题进行了初步的探讨.     

低掺量石墨水泥基材料的压敏特性

通过减水剂将少量石墨加入水泥基材料中制成石墨水泥基材料试样,采用交流分压电路测量其电阻率,研究其在一次性加载破坏试验中的压敏特性.试验结果表明,低掺量石墨粉作为导电组份加入水泥基材料后会导致其强度降低,但可以使水泥基材料具有一定程度的压敏特性.随着石墨掺量的增加,各组试样电阻率的离散性变小,材料的压敏特性提高,在加载过程电阻率的波动变小.在本试验的测量方法下得到的石墨水泥基材料的压敏特性曲线与混凝土材料的应力应变曲线有相关性,试样的电阻率随着应力的增大而产生变化的过程大体可分为3个阶段,即波动阶段、稳定下降阶段和急剧下降阶段,分别对应混凝土材料应力应变关系的弹性变化、非弹性变化和应变迅速增大阶段.      

降落伞开伞过程的多结点模型仿真

根据降落伞的结构和力学特征,在轴对称假设下创建了伞衣及回收物系统的多结点结构模型.通过考虑应力,重力和气动力的作用效果,建立了用于无气流攻角平面圆形降落伞充气模拟的多结点结构模型动力学方程组.对开伞过程中的流场变化引入准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程以获得选定时刻的伞衣表面压力分布.结合多结点模型动力学方程组的解算代码和计算流体力学程序,采用流固耦合的方法对选定的平面圆形降落伞模型的开伞过程进行了动态仿真,得到了开伞过程中降落伞外形和特性的变化.通过结果分析和比较,证明了多结点模型的可行性,发展出了一种用于降落伞流固耦合计算的新方法.      

降落伞流固耦合问题的数值模拟和流场分析

提出了基于压力耦合的半隐式算法,即SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法和生成阶梯网格方法的对稳定下降阶段的降落伞进行数值模拟的新方法.此方法在降落伞流固耦合计算中具有较好的稳定性和较高的效率.对降落伞稳定下降阶段的流固耦合问题进行了数值模拟.降落伞模型分别采用了圆形伞和锥形伞稳定下降时的结构数据,并对锥形伞模型进行了不同来流攻角情形下的模拟.与平行有限元方法相比,采用SIMPLE算法的新方法得到了更准确和更合理的结果.此新方法可以作为传统数值模拟方法的一个可靠替代和重要补充. 　　      

空间黏附爬行机器人足端预压力优化与控制

基于仿生干黏附材料的空间足式爬行机器人可附着于航天器外表面并代替宇航员完成舱外巡检、维护等工作,是无人自主化在轨服务与维护的有效途径。为保证足式爬行机器人与航天器的稳定附着,本文针对空间爬行机器人足端在与航天器接触时预压力对黏附稳定性影响的问题,提出一种足端预压力优化与控制方法。首先结合仿生黏附材料特性,建立黏附材料在预压阶段和黏附阶段的稳定性约束;其次在稳定性约束下基于二次规划方法优化足端力,保证预压力足够的同时减小对其他足的脱附力;最后通过基于环境刚度辨识的导纳控制实现优化后的力分配。结果表明：基于环境刚度辨识的导纳控制可实现预压力的柔顺控制,优化后的预压力可减小对其他黏附足的法向脱附力的影响,保证黏附爬行稳定性。     

发动机短舱泄压过程瞬态仿真

发动机短舱泄压门的设计会影响到短舱的安全性,泄压是一个动态变化过程,与舱内外压力、外界气流马赫数及泄压门结构有关。基于Modelica语言建立了短舱泄压过程零维瞬态仿真数学模型,并通过计算流体力学（CFD）方法得到不同开启角度下所需泄压门排放质量流量和力矩系数,并将这些系数代入零维瞬态仿真数学模型,得到了短舱泄压过程中舱内压力、泄压门开启角度等关键参数随时间的变化关系,分析了泄压门开启舱内压力阈值及最大开启角度对泄压过程的影响。研究结果显示,降低泄压门开启舱内压力阈值会使泄压过程到达平衡阶段时间减小,但是对平衡阶段舱内压力和往复摆动角度/幅度无影响。适当降低最大开启角度可有效降低泄压平衡阶段往复摆动角度/幅度,而对初始阶段的泄压速率和平衡阶段的短舱内部压力基本无影响,但是随着最大开启角度进一步降低,则会导致泄压速率下降,并使平衡阶段短舱内部压力升高。      

磁扰期间的三维漂移壳分离

基于磁层粒子动力学理论,首先对比了计算漂移壳分离的引导中心法和磁力线追踪法,计算表明两种方法的计算结果一致.然后分别采用T89c和T96磁层磁场模式,用磁力线追踪法数值计算了不同初始位置(≤9Re)、不同初始投掷角、不同Kp指数和不同太阳风压力下,带电粒子的漂移壳分离.计算结果揭示了漂移壳分离随初始位置、投掷角、Kp指数和太阳风压力的变化.其具体特征如下. (1)随着径向距离的增大,漂移壳分离效应愈加显著,由正午出发的粒子将被稳定捕获,而午夜出发的径向距离≥7Re的部分大投掷角粒子将沿磁层顶逃逸. (2)正午出发的粒子,漂移到午夜时其漂移壳随投掷角减小向外排列;午夜出发的粒子,漂移到正午时其漂移壳随投掷角增大排列; 90°投掷角粒子在磁赤道面的漂移壳沿着磁场等值线排列. (3)漂移壳分离随Kp指数和太阳风压力增大变得显著,且随这两种扰动参数的变化特征和趋势是基本相似的.      

用弹性薄板广义变分原理解某些综合边界条件矩形板平衡问题

本文应用前文所提出的弹性薄板广义变分原理处理了一些综合边界条件矩形板的小挠度平衡问题。先就悬臂式板导出一般解答,然后讨论了下列各种特殊情况: 1)一边固定三边悬空并支持於二个角顶; 2)一边简支三边悬空并支持于二个角顶; 3)一边固定对边简支另两边悬空; 4)一边固定对边悬空另两边简支; 5)一边固定另三边简支; 6)一边悬空另三边简支; 7)两边悬空另二边简支。 以十八种情况的解答都是按照均匀分布载荷解的,不过这里提供的方法可以应用於任何载荷,只要承受这种载荷的四边简支矩形板的李维解能够求得;而后者按格林函数的积分常常是可能的。此外并讨论了下列各种不受分布荷重的情况; 8)悬臂式板固定边的对边具有指定挠度,其中包括此对边具有刚性加劲条并受到边沿荷重的情况; 9)一边简支二鄰边悬空并支持於二个角顶的环形板,简支边的对边具有指定挠度; 10)两对边简支另两边具有指定的挠度。 由最后的两种情况容易研究的支边不平(有指定挠度)的影响。 对基本情况以及特例(1)、(2)、(3)和(8)就2:1矩形板作出数字解答。解答结果指出本文所提供的方法是有效的。从富氏级数只取三项的计算看出,某些情况的收敛速度较好,另一些情况则尚不十分满意,还需要多取两三项或进一步改进收敛速度。