宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学（SPH）算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明：空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。     

口径30mm空心弹真实条件下的气动特性研究

为了更深入细致地研究空心弹在各不同条件下的空气动力学特性及其影响因素,以口径30mm的空心弹为研究对象,通过Fluent软件数值仿真空心弹内外流场,以获得相关数据和气动力参数。对比了空心弹丸和实心弹丸的流场,结果表明：空心弹丸阻力系数比实心弹丸的要小很多。运用不同的控制方程对空心弹丸进行数值模拟,结果表明：采用单方程模型对于阻力系数的计算更精确,对流场的模拟也更接近实验结果。     

惯导系统旋转机构轴承动力学建模方法研究

旋转机构是旋转调制捷联惯导系统的关键部件之一。为了精确模拟旋转机构的动力学特性,研究了支撑旋转轴系的双列球轴承的动力学建模方法,提出了使用Bushing单元来建立同时具有径向移动刚度、轴向移动刚度和径向角刚度的三向刚度轴承动力学模型的方法。利用有限元数值仿真方法计算了三向刚度数值,并利用轴承手册上的经验公式进行了验证。在此基础上,建立了含弹性轴承支撑的旋转调制捷联惯导系统旋转机构的结构动力学有限元模型,分析比较了轴承有无角刚度两种状态下的固有模态。分析结果表明:对于旋转调制捷联惯导系统旋转机构来说,轴承模型角刚度对计算精度的影响较大,角刚度已知的模型更接近真实情况。     

蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的分析研究

针对Bernoulli Euler梁法计算蜂窝夹芯等效弹性参数的不足,利用3D有限元数值模拟技术,通过对不同材料、不同尺寸的正六边形蜂窝夹芯弹性参数进行数值模拟,给出了芳纶纸面内等效刚度和Poisson比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,提出了等效弹性参数的计算公式和一种循环优化设计蜂窝夹芯板厚度的新思想,得到了一些Bernoulli Euler梁法无法得到的重要结论:正六边形蜂窝夹芯结构y方向的弹性模量大于x方向的1.5倍;等效Poisson比仅与蜂窝夹芯几何参数有关,而与材料常数无关等。最后通过与文献[11]铝质蜂窝夹芯的压缩实验结果比较,证实了本文所使用方法的有效性和部分公式的正确性。     

二维机织C/SiC复合材料非线性力学行为数值模拟

建立了考虑纤维束内部缺陷以及外部基体缺陷的多尺度单胞模型。首先依据电镜扫描图和材料内部单胞的密度,确定了纤维束单胞和复合材料单胞的几何尺寸;然后引入周期性边界条件,利用含缺陷的纤维束单胞模型计算了其初始模量和强度;最后使用由电镜扫描图确定尺寸的复合材料单胞模型,利用上一尺度的材料参数,对复合材料的模量进行了预测;并建立了含损伤纤维束单胞的刚度矩阵,运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤,通过数值结果与试验结果的对比,分析了Hashin准则作为判定纤维束起始损伤的适用性,并最终据此给出了单轴载荷作用下受损材料参数的变化情况。分析表明:基于考虑两种缺陷的多尺度模型,使用Hashin准则对C/Si C复合材料单胞进行非线性应力-应变行为数值预报与实验吻合良好。     

盘鼓螺栓连接结构接触刚度建模与应用检验

针对航空发动机中盘鼓转子螺栓连接结构连接刚度精确建模与工程化应用问题,通过扇形盘鼓螺栓结构固有特性实验获得前6阶固有频率随螺栓预紧力变化关系,考虑螺栓接触面应力分布,基于双薄层单元法获得了扇形盘鼓螺栓连接结构各阶固有频率随薄层单元弹性模量变化规律.通过构建实验与仿真结果误差函数实现接触刚度的识别,并将接触刚度模型推广应...     

稳态热传导下基于多相材料的一体化设计

提出一种基于多相多孔材料的一体化模型。模型以结构散热弱度最小为目标,以结构体积比与材料微结构质量为约束。引入独立的宏观设计变量和微观相设计变量,通过单元相密度建立两类变量间的联系;基于对等混合材料插值模型建立单元相密度与热传导系数间的惩罚关系;推导得到目标函数灵敏度表达式。求解偏微分方程实现单元散热弱度过滤,消除棋盘格及网格依赖性现象。通过二维数值算例讨论并分析了材料特性、热载荷、体积比约束以及质量约束对一体化优化结果的影响。数值实验结果表明,该建模方法在多相材料/结构一体化稳态热传导优化设计中具有可行性和有效性。     

密度和形状因子变化时金属橡胶材料的本构关系

 以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立了金属橡胶材料的非线性本构关系,通过对14种密度和形状因子都不同的空心圆柱形金属橡胶材料做力与位移关系试验,并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中的各项系数值、材料的密度、材料的形状因子三者之间的变化关系式。由该关系式可知,当材料的密度和形状因子同时发生变化时,已知一种金属橡胶材料的密度和形状因子,就可预估该材料的各项系数值,从而就可预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化情况下的非线性本构关系。最后从14种试件以外取2种金属橡胶试件进行算例验证,证明所采用的预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化时的非线性本构关系的方法是合理的、有效的。     

约束开裂复合材料层板的裂纹密度计算与斜交铺层处理

对约束开裂复合材料层板给出随裂纹密度变化的刚度衰减公式。构造了裂纹密度与损伤区应力的关系函数,借助这一函数可由损伤区应力直接预测其刚度衰减。引入两次转轴变换方法,将刚度衰减公式由９０°基体开裂推广到应用于±θ层的基体开裂。     

消隙齿轮伺服系统动力学建模与频率特性

消隙齿轮广泛应用于航天精密伺服机构领域,具有高精度、高响应速度和高稳定性的要求,故需对其频率特性进行研究。依据两质量系统建模方法,建立了消隙齿轮伺服系统包含线性和非线性两部分的动力学模型。以普通直齿轮分段死区模型为基础,建立了消隙齿轮分段死区模型,给出了模型中等效传递刚度的计算方法,特别是消隙扭簧扭转刚度的计算方法。利用数值仿真分析方法,对所建立的消隙齿轮伺服系统动力学模型进行了仿真分析,给出了传动轴刚度、静态间隙和扭簧刚度对系统谐振特性的不同影响结果。结果表明:静态间隙与扭簧刚度是影响消隙齿轮伺服系统谐振频率的重要因素。     

大型结构的失效分析

用半模加虚元法计算大型结构元件的破坏问题,只限于对称的破坏型式,非对称的破坏分析,如用虚元法,必须建立全结构模型。本文旨在将结构的刚度变化问题,转化为力的变化问題,固定原有的结构刚度,用等效附加力来替代破坏元件的刚度效应,以达到用半模解大型结构元件非对称破坏问题的目的。     

基于静电刚度的微米光栅加速度计灵敏度特性分析

静电驱动是实现微米光栅加速度计小型化和闭环力反馈控制的关键, 其引 入的静电刚度对加速度计灵敏度有着重要影响。对基于静电刚度的微米光栅加速度计灵 敏度特性进行分析。首先, 建立了基于静电刚度的微米光栅加速度计灵敏度模型。其 次,通过MATLBA 仿真,得到静电驱动电压与传感器灵敏度的理论关系。最后,对理论 分析结果进行了实验验证,结果表明静电刚度可以改善系统刚度,静电电压从1.25V 到 2.05V 等间隔变化时, 加速度计的灵敏度由871mV/g 变化为1148mV/g, 分别相对于未加 电时的灵敏度783mV/g 提高了0.46dB 到1.66dB,提高了微米光栅加速度计的灵敏度。本 文研究内容对集成式闭环微米光栅加速度计的研究提供参考。     

基于导热性能的复合材料微结构拓扑优化设计

基于均匀化理论和拓扑优化技术,提出了复合材料稳态导热性微结构构型的设计方法。根据均匀化理论给出的周期性材料微结构(单胞)等效导热系数的计算公式,结合有限元分析手段对单胞的等效导热系数求解;定义设计区域内微结构每个单元的导热系数为伪密度设计变量,约束材料用量,分别以材料微结构某个方向导热性能最好为目标和宏观结构的散热性能最佳为目标;采用实体各向同性惩罚函数法(SIMP)构造单胞拓扑结构优化数学模型,导出材料等效导热系数的灵敏度计算公式;采用凸规划对偶求解与周长控制约束相结合进行拓扑优化并获得了优化的微结构构型,数值算例结果验证了所提出的拓扑优化方法可以有效地进行复合材料微结构的导热性能设计。     

企业模型与ERP系统间映射技术

 企业资源计划(ERP)系统刚性太强是其实施成功率较低的一个重要原因。为提高ERP系统的柔性,支持业务系统随企业业务变动而改进其适应性,提出了一种企业模型与ERP系统间的映射元模型,给出了企业模型到ERP系统功能单元、数据、功能单元与数据间关系以及权限的映射信息和映射规则,为快速实施企业资源计划提供了一种支持技术。研究成果已成功地应用于某大型航空企业两种型号的研制,实践证明所提出的方法是可行的和有效的。     

航空发动机管路支撑用钢丝绳隔振器仿真研究

通过钢丝绳材料非线性研究,用弹塑性随动硬化材料模型来描述钢丝绳的本构关系。以有限元理论为基础,建立钢丝绳隔振器的有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS进行钢丝绳隔振器的性能仿真。由仿真结果可以看出,钢丝绳隔振器具有强烈的非线性滞迟特性和刚度软化特性,同时具有大阻尼特性,并且在大变形幅值下也能保持较好的阻尼性能。通过与实验研究结果对比,验证了仿真结果的正确性,从而为钢丝绳类干摩擦阻尼隔振器有限元仿真分析奠定了良好的基础。     

多孔材料夹层结构声辐射特性的两尺度拓扑优化设计

基于均匀化计算理论结合结构构型设计和材料构型设计,建立以声辐射功率为目标的两尺度材料/结构协同优化模型,针对夹层结构声学设计问题,开展了声辐射特性拓扑优化研究。分别给出了声辐射功率对宏观和微观设计变量的灵敏度,结合移动渐近线法(MMA)实现了材料/结构两尺度设计。结果表明,声辐射功率两尺度优化改变了夹层结构各阶主振型的形状和顺序,同时也改变了被激发的振型。此外,算例研究了激励频率和约束对优化结果的影响以及声辐射功率目标优化的特殊现象。     

一维和二维电热除冰相变传热特性的参数影响分析

基于飞机电热除冰过程冰层融化的特征,开展了一维和二维电热除冰相变传热特性数值计算研究和参数影响分析,重点考虑了加热模式、冷却时间、加热功率和加热单元间隔等参数对冰层相变传热的影响。采用了基于焓-多孔介质方法的热焓模型,将计算区域看作是包括多层材料和冰、水及其混合区的多孔介质,采用了结构化网格拓扑结构对计算区域进行划分,采用了有限体积方法对控制方程组进行离散,采用线性插值的方法获得混合区的物性参数,耦合能量方程和液态水体积分数公式,迭代求解了计算域的温度分布,获得了不同材料间界面温度的变化,重点分析了冰-保护层界面的温度变化。基于二维电热除冰模型的冰-保护层界面温度不均匀特征,提出了耦合考虑冰-保护层界面热点和冷点温度的冰脱落温度判断准则。研究表明:高功率的周期性加热模式要优于低功率的连续性加热模式,采用合理的冷却时间和加热功率,可获得更低的能量消耗和更好的除冰效果。合理设置加热单元间隔可以提高周期性的除冰效率,但也会形成冷点和热点,造成冰-保护层界面温度分布的不均匀。冰-保护层界面的冷点类似于锚点,即使此刻热点的冰已经融化,整个冰层也无法脱落和剥离。因此,冰脱落的判断要耦合考虑界面热点和冷点的温度特征。      

高速可拆卸转子止口连接结构稳健性设计方法

采用止口连接结构,提出了可拆卸转子结构设计方案。通过分析止口结构刚度损失模型,得到了连接机构对转子整体刚度的影响加速增加的特征。进而通过非线性有限元接触分析,得到其刚度稳健性设计方法。结果表明:增大止口局部刚度,连接结构设计时避免弯曲应变能集中,保证弯曲临界转速距工作转速有20%裕度,这样可以提高转子的刚度稳健性;止口连接设计为紧度配合,提高轴向压紧力,优化止口局部结构等方法,这样可以提高转子的接触状态稳健性。      

金属橡胶材料的理论模型研究

金属橡胶因此类金属构件具有类似橡胶的弹性而得名。本文从金属橡胶的成型工艺特点出发,以弹簧理论为基础,通过建立金属橡胶材料的力学模型,对材料的刚度特性进行理论分析,给出了金属橡胶材料的本构关系,为开发金属橡胶材料的产品设计与应用提供理论依据。      

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。