形状记忆合金变刚度结构振动控制仿真研究

为了实现Ti50Ni41Cu9形状记忆合金(SMA)用于复杂结构振动控制的动力学分析,掌握变刚度振动控制的机理和控制规律,基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,建立了适用于动力学分析的SMA本构模型,并通过ABAQUS编写材料本构程序,形成有效的SMA结构动力学有限元仿真方法,实现了多参数影响下SMA结构的非线性稳态和瞬态动力学仿真计算。计算结果表明:SMA的宏观本构模型能够较好地反映材料动力学性能的变化特征,编制的UMAT子程序与试验数据吻合较好;变刚度控制可以有效降低定频激励引起的稳态响应,对于悬臂板结构响应降幅在40%以上;控制速率与响应的最终变化程度无关,但会引起系统非线性特征,从而影响控制过程需要的时间;采用对向变刚度控制可以降低跨越主频的瞬态振动响应,变温速率越快,系统的峰值响应越小,快速变温时会产生自发频带现象,其对主频能量有显著分散作用,可以一定程度上抑制最大响应峰值。     

多绕组双流发电机励磁调压系统建模与Saber仿真

双流发电机励磁调压系统对发电机交直流电源的输出具有重要作用。文章主要分析了励磁调压系统的组成及工作原理,系统分别采用交/直流调压器(WZT-3型/SLT型),实现飞机发动机起动所需 115/200V、400Hz交流电和 28/56 V、0～70 V直流电的输出。采用 Saber建立仿真模型,仿真结果验证了励磁调压系统的可行性。     

磁控形状记忆合金动态建模及仿真研究

磁控形状记忆合金是一种新型功能材料,准确实用的动态模型的建立必然会为其进一步的应用奠定基础.然而由于其变形机理的复杂性,难以从其物理特性出发建模.因此以实验数据为基础,用最小二乘支持向量机回归建立动态模型,可以把磁控形状记忆合金动态建模问题转换为一个非线性小样本函数回归估计问题,并与BP神经网络在估计精度和泛化能力两方面进行了性能对比分析.仿真结果表明,最小二乘支持向量机在精度和泛化功能方面做到了最好的折衷,是用于磁控形状记忆合金回归分析建立其动态模型的一种很有效的方法.     

基于Simscape航空三级式起动/发电机建模仿真研究

基于现有航空三级式起动/发电机仿真建模方法,提出基于Simscape电力系统域的励磁机、旋转整流器和主电机统一域建模方法,给出建模过程,在所建立的子系统模型上搭建航空三级式起动/发电机从起动到发电过程的仿真系统,该系统可工作在起动状态和发电状态,实现起动到发电状态的转换。仿真结果表明,所给出的建模方法可行、建模结果正确,能够支持相关领域的仿真研究。     

同步发电机动态特性仿真方法研究

介绍了同步发电机基于电路模型的动态仿真方法,指出了应用它在分析同步发电机动态特性时具有的优点。     

一种新型Halbach阵列永磁振动发电机的设计与输出特性分析

给出了一种永磁振动发电机感应电动势的计算公式,设计了一种新型Halbach阵列永磁振动发电机,机体两侧分别固定了两组永磁体,内部6个线圈串联。采用有限元法,与普通Halbach阵列和传统永磁振动发电机进行了对比分析,新型Halbach阵列的应用大幅度提升了振动发电机的性能。正弦规律振动的振源频率为10 Hz,振幅为3 mm时,新型振动发电机的最大输出功率为355.85 mW,开路电压有效值为6.402 9 V。最后,对线圈相对永磁体的位置进行了优化,最大输出功率达到了414.81 mW,进一步提升了16.57%,此时开路电压有效值为7.036 6 V。     

航空发电机传动轴扭转振动测试实验研究

航空发电机是飞机任务系统电能的主要来源,也是任务系统甚至载机正常工作的保证。考虑到任务系统工作时具有脉冲电流的特性,利用地面实验设备,模拟发电机的实际运行状态和载荷情况,进行发电机的动态测试实验,得到了脉冲电流作用下发电机弹性传动轴冲击扭转振动曲线。通过对实验结果的对比分析,证实了任务系统工作时的脉冲电流是发电机传动机构扭转振动的主要激励源,同时也是弹性传动轴出现断轴故障的主要原因;适当增大弹性轴的轴径,可以改善系统的固有特性,从而有效缓解弹性轴扭转力矩的振动峰值。     

超临界二氧化碳涡轮发电机振动试验

搭建20 kW超临界二氧化碳涡轮发电试验系统,开展涡轮发电机轴系临界转速数值仿真研究,对比分析空心轴与实心轴的前4阶临界转速与振型,并计算涡轮的前4阶模态频率。开展转速与负载对轴系振动特性影响的试验研究,采用频谱图分析转速0~48 000 r/min、负载0~20 kW下涡轮端与自由端壳体加速度振动响应。计算与试验结果表明:文中空心转子的临界转速高于实心转子的临界转速,有涡轮转子的临界转速低于无涡轮转子的临界转速。随着负荷从0 kW增加到15 kW,转子工频振动逐渐减小,但出现幅值较低的倍频振动;在转速区域11 000~40 000 r/min,不同功率下驱动端的振动响应低于自由端的振动响应,在转速48 000 r/min时,不同功率下驱动端的振动响应均高于自由端的振动响应。      

智能平板叶片的振动主动控制研究

介绍了利用形状记忆合金对悬臂平板叶片进行错频以实现振动主动控制的原理及试验研究。首先推导出回复力作用下的复合平板叶片的弯曲振动特性。然后对平板叶片进行了振动主动控制试验。根据理论分析和试验研究，提出了一些利用形状记忆合金进行振动主动控制的特点和规律。     

某型歼击机飞行仿真建模与验模研究

介绍了某型歼击机全任务飞行模拟器的系统结构，针对该型歼击机的特点，详细讨论了在其飞行系统的建模与验模中应该考虑的各种因素、应遵循的原则及其实现方法等，并通过实例对其进行了验证。结果表明，方法是合理的。     

横截面形状对超声速磁流体发生器性能的影响

通过三维数值模拟研究了不同横截面形状的磁流体(MHD)发生器的热、电磁流动特性,发生器入口采用超声速来流条件,旨在应用于磁流体旁路超燃冲压发动机推进系统。数值模拟采用低磁雷诺数下磁流体五方程模型,通过熵条件格式和超松弛迭代(SOR)法联合算法分别求解Navier-Stokes方程组和电势方程。研究表明在电极壁面上电场、电流以及洛伦兹力等电磁场参数呈周期性变化,由于电极端点效应,电磁场参数在电极端点出现周期性的极值,而在管道中心电极端点效应对电流影响并不大,沿着流向电流保持连续变化。对不同管道横截面形状的发生器的数值模拟表明:由于涡电流和二次流效应的影响,形状参数较小的发生器焦耳热较为严重,二次流较弱;而形状参数较大的发生器焦耳热较小,二次流增强。因此,当形状参数α=0.8时可获得较好的焓提取率和电效率。     

液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真

针对液体火箭发动机氧化剂泵的汽蚀过程,使用入口NPSH（net positive suction head）代替入口压力作为汽蚀发生的判据和入口质量流量的计算方法,并通过模型与试验结果的对比发现以扬程下降1.25%作为断裂汽蚀发生点的模型具有良好的精度。后续开展发动机低于额定入口压力的起动仿真,结果表明：62%及以上额定压力能够正常起动;45%及以下额定压力起动失败,原因是燃气发生器温度过高。主要存在0.4~0.6 s,0.4~0.85 s和0.4~1.2 s三个时间段的严重汽蚀,分别对应氧主阀打开、主涡轮转速的快速爬升和燃气发生器参数波动。氧化剂主泵汽蚀主要影响燃气发生器和推力室,次要影响燃料供应路组件,轻微影响主涡轮。     

小型化催化重整煤油燃气发生器的数值模拟

催化重整燃气发生器是在线产生氢气的有效途径,有助于碳氢燃料超燃冲压发动机的着火和燃烧.通过对新设计的小型化燃气发生器乳化煤油的燃烧及催化重整进行数值模拟,在计算结果和试验数据吻合基础上,分析了出口燃气的总体状态和影响催化重整各参数的变化规律,确定了研究涉及到的参数范围内的最佳工况点,并揭示了内部的燃烧状态和一些难测量成分含量变化趋势,从而进一步指导设计和试验.      

形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析

进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,以SMA 热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA 薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA 热力耦合行为特征。结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA 薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。     

循环加载条件下TiNi形状记忆合金超弹性变形特性分析与模拟

超弹性是形状记忆合金(SMA)重要的力学性能之一,本文在试验研究的基础上讨论了在不同试验温度和应变速率的循环加载条件下,TiNiSMA的超弹性变形特性。从唯象观点分析了循环变形期间相变应力和弹性模量的变化。通过引入三个内变量,即循环期间所累积的残余应力、残余应变和残余马氏体相,表征承受加载和卸载的TiNiSMA循环超弹性变形。在此基础上,提出了模拟TiNiSMA的超弹性变形方法。在部分加载的内循环情况下,采用相变应变函数的混合规则表达材料的弹性模量。     

SMA鼓包迟滞建模与控制策略

激波控制鼓包SCB是一种减小激波阻力的流动控制技术。为了解决固定挠度鼓包工作范围较窄的问题,提出了一种具有双向记忆效应的形状记忆合金SMA鼓包,通过控制SMA鼓包的温度来改变其挠度。SMA鼓包最大可回复位移为6.1 mm,为鼓包变形区域的2.65%。针对迟滞现象对鼓包挠度控制的影响,基于（Krasnosel'skii-Pokrovskii,KP）模型对SMA鼓包的温度/挠度迟滞特性进行了建模研究。采用粒子群算法来辨识模型参数,辨识得到的迟滞模型最大误差为0.107 mm。设计了2种基于KP模型的PID控制方案,一种为无迟滞补偿的单目标PID控制,一种为迟滞逆模型前馈补偿的双目标PID控制。仿真与实验结果表明,迟滞逆模型前馈补偿的双目标PID控制时域性能优于无迟滞补偿的单目标PID控制。     

射流式旋涡发生器对涡轮流动分离控制

通过数值计算,研究了稳态小孔射流式旋涡发生器VGJs(Vortex Generator Jets)对低雷诺数涡轮流动分离的控制。通过对VGJs射流孔径、孔间距的几何参数研究,分析了射流对分离流动的控制机理。在此基础上,提出并详细研究了多种不同孔径射流孔组合排列结构对分离流动的控制效果与作用机理。研究结果表明,射流孔组合排列结构,以大孔射流为主,采用小孔小流量射流对大孔射流控制的分离流场进行"弥补"与调节,可实现总压损失进一步降低22%,射流流量减小25%。     

旋风式燃气过滤器的冷流实验和内流场模拟

为了考察某导弹系统燃气发生器的旋风式燃气过滤器的除尘特性，对其进行了冷流实验研究，对除尘效率进行了模拟测量，并应用多流体模型的IPSA算法对其内流场进行了三维两相的数值模拟。计算结果与实验结果较符合，计算得到的分离界限粒径为2μm--3μm。     

SMA复合材料低速冲击数值模拟方法

利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)独特的超弹性效应,提出一种利用形状记忆合金提高复合材料结构抗低速冲击性能的方法.基于形状记忆合金的分段化线性简化模型,利用ABAQUS有限元软件提供的VUMAT子程序编制了SMA合金超弹性本构关系并将其引入到复合材料层板低速冲击模型,提出了含SMA复合材料低速冲击数值模拟方法.研究形状记忆合金利用迟滞阻尼特性吸收部分形变能量并加以释放的过程,探讨SMA纤维对复合材料层板抗冲击性能的增强规律.结果表明,随着SMA体积分数的提高,复合材料层板的冲击应力峰值和挠度会下降,但在低SMA体积分数(<10%)情况下,对挠度的改善作用不明显;同时随着SMA体积分数增加,单位体积SMA的冲击能量吸收率会降低,在SMA体积分数为5%~10%时,SMA纤维具有最高的能量吸收率.得出了SMA纤维具有改善复合材料抗冲击性能的作用的结论.