蒙皮拉形加载轨迹优化

对双曲度飞机蒙皮拉伸成形问题,探讨了加载轨迹对成形质量的影响,提出了采 用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合,确定最优拉形加载轨迹的原理与方法.分析 了单凸双曲度蒙皮拉伸成形常用加载轨迹的成形特点和不足,采用有限元数值模拟和序列二 次规划相结合的方法,通过正交试验设计建立近似响应模型和设计变量的取值范围,以减小 卸载回弹提高贴模度为研究目标、最大主应变为约束条件建立最优化数学模型,确定最合理 的拉形加载轨迹.优化结果表明成形零件贴模度和应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高 .      

飞机蒙皮拉伸成形加载轨迹设计及优化

加载轨迹是决定飞机蒙皮拉伸成形质量的关键因素.首先对双曲度单凸蒙皮变形最大截面采用应变控制方法,通过解析分析公式推导设计拉形加载轨迹范围;然后将各加载参数转化为拉形设备中夹钳和工作台运动参数,并作为设计变量;最后采用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合的方法,以减小卸载回弹提高贴模度为研究目标,以单元最大主应变和厚度减薄率为约束条件建立最优化数学模型,采用序列二次规划的优化方法确定最合理的拉形加载轨迹;对优化结果进行实验验证,实验结果和优化结果相吻合.分析表明加载轨迹优化后,成形零件的贴模度、应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高.      

整体壁板压弯成形等效计算模型

分析了筋条内弯型整体壁板压弯成形过程中蒙皮和筋条的弹塑性变形分布,鉴于内弯筋条发生塑性变形而蒙皮主要为弹性变形的特点,提出了一种将蒙皮部分简化为虚拟材料筋条的几何等效方法.推导了基于惯性矩的虚拟材料等效系数计算公式,给出了复杂网格筋条壁板等效模型建立过程和虚拟材料系数计算方法.进行了Ⅰ型单筋条和网格筋条壁板的有限元分析和压弯实验,对比分析了完整模型和等效模型的计算效率和精度,并用实验数据进行了验证,表明建立的压弯成形有限元等效模型精度可靠、效率数倍提高,为大型整体壁板压弯成形分析和工艺参数优化提供了基础.     

拉形条件对镜面蒙皮成形质量的影响

在充分考虑滑移带出现与成形件贴模度的基础上,通过分析拉形速度、毛料几何尺寸、模具几何参数、润滑方式对成形质量的影响,确定了合理的飞机镜面蒙皮拉形条件.结果表明,改善板料变形的均匀性,延缓滑移带出现,增加成形面内材料的变形程度,是制定最优工艺参数、提高成形质量的主要措施.     

时效应力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的应用

时效应力松弛校形和成形方法已成功地用于制造飞机铝合金蒙皮壁板,具有很多优点。本文论述该方法的原理、应用和模拟试验结果。通过2024和LY12铝合金板件的单曲度与双曲度弯曲试验,研究了校形效果随温度、时间和预变形等的变化规律。回弹和残余应力的测量结果表明,校形效率随温度和时间提高,在铝合金人工时效温度和时间范围内,一次约可消除回弹60％。剩余的尺寸偏差可通过在夹具上修出过弯量消除。     

反射器夹层面板精密成形原理

对高精度、大面积不可展双曲反射面的制造问题,提出了基于"离散钉模、真空负压、蜂窝夹层、应力释放、回弹补偿"的高精度反射面板成形原理;建立了四边自由面内多点约束的薄板大挠度弯曲解法及夹层板成形过程仿真模型,用于确定成形工艺参数;利用动力显式和静力隐式算法相结合的方法实现成形过程仿真;通过开缝和开槽方法释放面内压应力,确定了面板开缝和开槽方案;通过逆向修正离散模包络面,使其与成形模拟得到的夹层板型面误差最小,得到模具修正因子,补偿回弹误差.在此基础上开发了夹层板精密成形CAE系统.该方法制造的面板型面精度RMS达到25 μm以下,已成功地应用于多项大型紧缩场和毫米波天线的制造.      

数控蒙皮拉形试验系统及精度分析

为研究飞机蒙皮零件在拉形过程中的变形行为,在自行研制的多用途三轴加载试验机的基础上,采用数字PID控制算法,对试验系统的控制软件进行了改进,实现了加载油缸的速度控制以及同轴两油缸的位移同步控制,建立了数控蒙皮拉形试验系统.试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数常见蒙皮零件进行试验的要求,为进一步研究蒙皮成形过程提供了良好的试验环境.      

板料冲压成形回弹的数值模拟

回弹是板料成形过程中不可避免的现象.回弹的数值模拟作为解决回弹问题的有效方法,越来越受到工业界和学术界的重视.完整的回弹数值模拟分为2步,即冲头加载成形过程模拟和冲头卸载回弹过程模拟.本文比较了静力隐式和动力显式2种算法在计算回弹问题时的优劣,采用静力隐式算法建立了计算冲头加载成形过程模拟和冲头卸载回弹过程模拟的有限元模型,并利用自行开发的软件给出了计算实例.      

板料冲压成形过程的一种数值模拟方法

在板料冲压成形过程中存在着大变形、大应变,且几何、物理及边界条件三重非线性相互耦合使得计算过程较为复杂.在虚功原理的基础上对板料冲压成形过程的弹塑性有限元分析方法进行了研究,并将有限变形弹塑性有限元法引入板料冲压成形过程,采用更新拉格朗日(ULM, Updated Lagrange Method) 方法描述,推导了有限元列式,建立了板料成形过程的有限元分析模型,开发了分析程序.通过对汽车油底壳的成形模拟说明了模型的正确性.      

飞机复杂蒙皮拉形模具型面设计方法

针对目前复杂蒙皮拉形工艺中拉形模的设计没有实用、详细设计方法的情况,从改善毛料拉形过程中的应变分布出发,提出了一种基于"截面线等长"的拉形模型面设计方法,即通过工艺补充面的灵活设计,实现模具沿各个拉伸方向上的截面线长度趋于一致,以使毛料在贴模后各个截面的延伸率尽可能的接近,再通过工艺补充面的曲率和切向的调整,使毛料在拉形时应变分布更加均匀,以减少甚至避免与应变分布相关的各种缺陷的出现.通过某型号飞机复杂蒙皮零件模具型面的设计及拉形过程的有限元模拟分析,验证了这一拉形模具型面设计方法的合理性和有效性.      

Stribeck模型模糊整定及其在转台控制中的应用

为了实现飞行仿真转台中框阀控马达机构的高精度低速伺服,提出了模糊整定Stribeck摩擦模型状态参数的等效控制电压超前补偿和PID(Proportion Integral Differential)相结合的控制策略.为了规避常规摩擦前向补偿对系统模型及参数的依赖性,提出利用转台中框本身的控制环节直接测定用于摩擦超前补偿的Stribeck电压模型参数;针对系统超低速伺服时速度信号难以检测的特点,设计了模糊整定系统用于改进模型运行状态参数的整定;将设计好的控制器用于中框低速伺服.实验结果表明,系统响应以三角波表示的正反向最小稳定速度为0.000006(°)/s时,跟踪误差在95%时间在0.0002°内,并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精度.     

蒙皮加筋圆柱壳弯曲频率的三种计算模型

研究了加筋圆柱壳弯曲刚度的面积等效和惯性矩等效方法,分别分析了面积等效时截面惯性矩的精度和惯性矩等效时面积的精度.给出了计算蒙皮加筋圆柱壳弯曲固有振动频率和模态的等效梁模型、壳-梁模型和变厚度模型,这三种模型虽然皆可以用于火箭动态特性分析,但不同模型中的桁条作用机理不同.给出了与三维壳-梁模型和变厚度模型对应的一维解析解,据此解释了模型的物理机理.给出了薄壁壳弯曲频率计算中的临界厚度概念,指出了等效厚度方法的不足.     

等效地球半径法应用中的问题

为阐明等效地球半径法应用的范围和应用中应该注意的问题,从等效地球半径法的定义推导了等效地球半径模型与实际地球模型之间量的映射关系.给出并证明了等效过程中等效地球半径模型与实际地球模型下的射线高度、仰角、长度相等,而地心角在转换过程中约为3/4的映射关系.讨论了需要利用地心角映射关系进行计算时的两种情况,同时给出计算结果和误差分析.     

Use of sunlight for plant lighting in a bioregenerative life support system – Equivalent system mass calculations

Plant lighting is a critical issue for cost effectiveness of bioregenerative systems. A plant lighting system using sunlight has been investigated and compared to systems using electrical lighting. Co-generation of electricity and use of in situ resource utilization (ISRU) were also considered. The fixed part of equivalent system mass was found to be reduced by factors of from 3.1 to 3.9, according to the mission assumptions. The time-dependent part of equivalent system mass was reduced by a smaller value, of about 1.05. Cost effectiveness of bioregeneration has been compared to the cost of shipping food. Break-even times for different Lunar and Mars missions were generally in the order of 2–10 years, and were quite sensitive to the assumptions. There is significant scope for future refinement of these values, and work is ongoing.     

Pierce振荡电路调谐特性分析及在飞行器频综加速度效应补偿中的应用

飞行器频综是整个飞行器中重要的组成部分,其性能的好坏直接决定系统的好坏。然而频综中的晶体振荡器对加速度具有敏感性,在受到振动、冲击等作用力的时候会导致其频率抖动和相位噪声恶化。为此,对基于变容二极管的pierce振荡电路的调谐特性进行了分析和仿真,并构建了测试平台,得到调谐系统的脉冲响应。实验结果表明,将基于变容二极管的电压调谐应用到实际补偿电路中,在100Hz以下的振动频率中,取得了较好的补偿效果。     

A model for predicting the radiation exposure for mission planning aboard the international space station

The International Space Station Cosmic Radiation Exposure Model (ISSCREM) has been developed as a possible tool for use in radiation mission planning as based on operational data collected with a tissue equivalent proportional counter (TEPC) aboard the ISS since 2000. It is able to reproduce the observed trapped radiation and galactic cosmic radiation (GCR) contributions to the total dose equivalent to within ±20% and ±10%, respectively, as would be measured by the onboard TEPC at the Zvezda Service Module panel 327 (SM-327). Furthermore, when these contributions are combined, the total dose equivalent that would be measured at this location is estimated to within ±10%. The models incorporated into ISSCREM correlate the GCR dose equivalent rate to the cutoff rigidity magnetic shielding parameter and the trapped radiation dose equivalent rate to atmospheric density inside the South Atlantic Anomaly. The GCR dose equivalent rate is found to vary minimally with altitude and TEPC module location however, due to the statistics and data available, the trapped radiation model could only be developed for the TEPC located at SM-327. Evidence of the variation in trapped radiation dose with detector orientation and the East–West asymmetry were observed at this location.     

Comparison of organ dose and dose equivalent for human phantoms of CAM vs. MAX

For the evaluation of organ dose and dose equivalent of astronauts on space shuttle and the International Space Station (ISS) missions, the CAMERA models of CAM (Computerized Anatomical Male) and CAF (Computerized Anatomical Female) of human tissue shielding have been implemented and used in radiation transport model calculations at NASA. One of new human geometry models to meet the “reference person” of International Commission on Radiological Protection (ICRP) is based on detailed Voxel (volumetric and pixel) phantom models denoted for male and female as MAX (Male Adult voXel) and FAX (Female Adult voXel), respectively. We compared the CAM model predictions of organ doses to those of MAX model, since the MAX model represents the male adult body with much higher fidelity than the CAM model currently used at NASA. Directional body-shielding mass was evaluated for over 1500 target points of MAX for specified organs considered to be sensitive to the induction of stochastic effects. Radiation exposures to solar particle event (SPE), trapped protons, and galactic cosmic ray (GCR) were assessed at the specific sites in the MAX phantom by coupling space radiation transport models with the relevant body-shielding mass. The development of multiple-point body-shielding distributions at each organ made it possible to estimate the mean and variance of organ doses at the specific organ. For the estimate of doses to the blood forming organs (BFOs), data on active marrow distributions in adult were used to weight the bone marrow sites over the human body. The discrete number of target points of MAX organs resulted in a reduced organ dose and dose equivalent compared to the results of CAM organs especially for SPE, and should be further investigated. Differences of effective doses between the two approaches were found to be small (<5%) for GCR.     

横向加强构件作用下的开口薄壁梁等效建模方法

卫星结构中通常有大量横向加强构件作用下的开口薄壁杆件,横向加强构件一般沿杆件轴向均匀分布,通过对这类结构研究,理论上证明了这种结构的振动微分方程与普通的开口薄壁梁振动微分方程有相同的形式,因此可以用开口薄壁梁单元进行等效计算。本文建立了开口薄壁梁的3种数学模型:有限元模型、传递矩阵模型和解析模型。采用优化理论中序列二次规划对等效截面参数进行辨识,同时分析了不同目标函数对辨识结果的影响,并且提出了一种对截面初始参数进行估计的方法。对于有限元模型,提出采用MATLAB与ABAQUS交互式参数优化方法,充分结合二者优点可以快速高效地对截面参数进行优化辨识,具有较强的通用性。通过实验验证了这种等效建模方法的正确性与精确性。所提出的等效建模方法可以减少90%以上的单元数量。通过建立这种简化模型,可以大幅度提高整星结构模型修正与结构重分析的效率。      

一种磁悬浮开关磁阻电机用轴向径向磁轴承

为了克服现有永磁偏置轴向径向磁轴承的缺陷,研究了一种新型结构的磁悬浮开关磁阻电机用永磁偏置轴向径向磁轴承.分析其结构及工作原理,利用等效磁路法进行分析,得出了轴向悬浮力及径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其轴向、径向位移刚度和电流刚度.给出了磁极面积、控制线圈安匝数、定转子结构等主要参数的设计方法,给出了样机参数,用有限元对样机进行了三维仿真分析.理论研究和仿真分析表明:该永磁偏置轴向径向磁轴承结构紧凑,轴向控制磁通和径向控制磁通彼此解耦,控制更加容易,适用于高速、低功耗等场合.      

直线电机定位平台的摩擦建模与补偿

介绍了一种由双边直线电机驱动的H型精密定位平台,为了减小运动平台的速度跟随误差和定位误差,研究了该精密定位系统的摩擦建模和补偿问题.由于工作台的滑块在导轨的不同位置表现出不同的摩擦特性,为改善补偿效果,提出了一种基于经典Stribeck摩擦力模型和工作台运动副位置参数的摩擦建模新方法,通过实验和回归的方法辨识出了工作台双边导轨的改进型Stribeck摩擦模型.基于建立的摩擦模型,采用前馈技术进行摩擦力补偿控制.实验结果表明,基于模型的摩擦补偿提高了系统的控制性能;改进型Stribeck摩擦模型比传统Stribeck摩擦模型有更好的补偿效果,适合具有大行程工作台的摩擦建模与补偿.