大展弦比柔性机翼的结构与气动耦合特性分析

针对人展弦比柔性机翼，本文提出了一种考虑结构与气动相互耦合的静气动弹性分析方法，通过以下迭代过程得到结构变形和气动载荷的稳定状态：采用亚音速面元法年和核函数法计算气动影响系数和翼面升力：采用有限元技术计算结构变形：采用B样条函数实现结构网格变形到气动网格变形的插值；采用载荷等效的二角形方法进行气动载筒和有限元节点载荷的转换。最后，通过一个后掠翼算例计算了柔性下的静气动弹性响应，并与刚性情况进行了对比。     

固定网格中基于边界描述的CAD模型快速分析方法

固定网格技术避免了沿结构边界繁琐的网格划分过程，在复杂几何结构分析时具有很大优势。建模精度和分析精度是采用固定网格进行结构分析的两大难题。文中针对固定网格分析中的建模精度问题，提出了一种由CAD模型至分析模型的快速转换方法，首先将CAD模型采用边界描述，然后通过射线交点法来区分固定网格中单元的属性，并借助四叉树/八叉树技术实现对边界网格的细分。最后采用加权B样条有限胞元法来保证CAD模型在固定网格中的分析精度。本文建立了一种由结构CAD模型至固定网格仿真分析的设计框架，数值算例表明了该方法的有效性。     

基于PCL的导弹吊挂强度分析的参数化方法

基于Patran/Nastran有限元分析软件的后台文件,采用PCL（Patran Comm and Language）对Patran/Nastran软件进行了二次开发,建立了用于导弹吊挂强度分析的参数化、自动化方法。提出的方法实现了吊挂结构强度分析过程中的参数化建模-自定义网格划分-材料边界选择-强度分析-结果查看等整个过程的自动化。方法的应用可以方便开展吊挂结构随意改变尺寸、材料参数、边界等的强度分析。并且方法对于任意结构在有限元分析中尺寸、网格、材料、边界等参数化建模及有限元分析均可适用。     

移动登机桥举升机构设计

移动登机桥举升叉架受力分析计算,突破叉架结构的传统手工计算。借助于现代设计方法,在初步确定该结构的参数基础上,采用SolidWorks软件三维建模,通过COSMOSMotion插件对其工作机构进行运动学仿真;在COSMOSworks模块中,按照实际工况对模型进行约束及加栽、划分网格等操作,进行机构的结构有限元分析,校核该机构的结构参数,提高了举升叉架的设计效率和安全可靠性。通过实地试验,验证该机构参数的合理性及该方法的可信度。     

超大直径网格加筋筒壳快速屈曲分析方法

针对新一代重型运载火箭及大型飞机中存在的超大直径网格加筋壳结构,提出了一种快速屈曲分析方法。首先,基于渐进均匀化法的快速数值实现方法和瑞利-里兹法建立了快速屈曲分析框架,并通过与算例中等效刚度法屈曲载荷结果进行比较,验证了本文方法具有较高的预测精度。然后,对比了3种结构尺寸下网格加筋壳屈曲分析效率,结果表明本文方法不受结构尺寸影响,平均计算时间仅为6s,凸显了其用于超大直径结构分析的高效性。进而,基于本文方法对4种传统加筋构型及2种新型多级加筋构型进行屈曲载荷评估,其预测误差均在3.0%以内,表现出广泛的构型适用性。在此基础上,通过优化设计的方法对比了上述6种加筋构型的承载效率,优化结果表明本文提出的多级三角型加筋构型最具承载优势,相较于初始方案取得了82.2%的承载增幅,可作为一种新型超大直径网格加筋壳结构储备。     

基于ANSYS机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模

网格划分是进行有限元分析建模的一个重要环节,总结了ANSYS建模中网格划分的主要步骤、方法的优缺点和注意事项;针对机翼翼盒的特殊结构,为实现装配要求,提出芯板和蒙皮相黏结的建模方法;分析了机翼受力的主要特点,对翼盒模型受力进行了合理简化。算例结果表明提出的芯板和蒙皮相黏结的扫掠网格建模方法能正确模拟实际结构连接情况,达到指定装配要求,为成功实现机翼翼盒的拓扑优化设计奠定了基础。     

非结构网格划分的喷管流场计算中单调性约束条件的研究

提出了一种限制网格单元内梯度值大小的单调性约束条件,以减少间断附近数值解的振荡。这一约束条件在算法上具有易于实现的优点,因此能够很方便地用于非结构网格划分的流场计算中。      

非结构混合网格自适应并行技术

计算流体力学（CFD）模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万量级，并行技术是减少计算时间的有效方法。耦合流场信息的网格自适应技术能有效动态优化计算网格，被NASA视为一项亟待发展的CFD关键技术。混合网格自适应系统包含网格分布优化、表面网格投影和空间网格匹配等关键技术。针对以上3项关键技术分别建立了高效的并行算法。首先，提出了"先唯一后同一"的两步法策略实现了网格单元分布优化过程的并行相容性；其次，基于局部曲面拟合思想，实现了曲面重构和新增物理网格点投影的完全并行；再次，提出了空间网格匹配技术的半并行算法，快速解决了网格单元交错问题。为了提高后续流场计算的并行效率，发展了基于并行重分区-网格数据迁移方法的动态负载平衡技术，并采用圆柱激波流场自适应模拟对动态负载平衡技术进行初步验证。最后，采用三角翼自适应加密测试了自适应系统的并行效率。结果表明，建立的混合网格自适应系统并行效率较高，且相比流场求解耗费总时间的比例低于1%。     

适用于混合网格的约束最小二乘重构方法

为强化边界条件对计算流体力学(CFD)计算中流场重构过程的影响,基于三维任意多面体混合网格,对一种约束最小二乘法进行了研究。通过对不同边界类型的透明化处理,统一了约束方程组的形式,从而简化了该方法的应用。为了充分吸收消去法和加权法各自求解约束方程组的优点,提出了混合采用两种方法的思路。针对层流平板研究了加权法中加权系数如何取值问题,数值实验表明加权系数取到5基本已经足够大。最后通过亚声速层流平板和跨声速湍流ONERA-M6算例对比了混合法、加权法与原始最小二乘法,计算结果表明:约束最小二乘法相比原始最小二乘法的流场重构更加准确,特别是对边界质量较差网格的计算优势更为突出;混合消去加权法相比单独采用加权法的计算结果也有所改善。     

跨声速机翼操纵面非定常气动力Euler方程计算

采用代数法与椭圆型方程优化相结合的结构生成方法为带操纵面F5机翼生成面对接块结构网格;弹性变形技术生成动态网格;有限体积法、双时间推进法求解非定常Euler方程.给出一种适于面对接块结构网格计算的守恒量插值方法.数值计算了F5机翼操纵面作简谐运动时的非定常气动力,计算值与试验值吻合较好.     

基于场强法的平板法兰角焊缝接头的疲劳寿命估算方法

焊接接头疲劳损伤具有局部性特征.基于应力场强法的基本思想,通过对角焊接接头的场径分析,通过对法兰角焊缝接头应力集中区的弹塑性有限元计算和应力场强数值求解,得到了接头焊趾区局部应力场强.在此基础上,根据光滑试件的S-N曲线,最终得到了法兰角焊缝接头的疲劳寿命的一个估算值.该结果与局部应力应变法相比,疲劳寿命预测精度有较大提高,与试验结果吻合良好.      

民用飞机焊接管路建模及高周疲劳分析

焊接结构具有连接性良好、重量轻、易于加工等特点,被广泛应用于民用飞机系统管路的连接。但是焊接结构的不连续性容易引起应力集中效应,从而导致焊接部位产生疲劳破坏。以某型飞机焊接管路接头为研究对象,首先介绍了一般管路焊接结构的疲劳破坏区域、破坏模式及焊接焊缝要求,之后采用实体网格单元对焊接接头进行了细节有限元建模,并详细说明了为消除应力集中效应需注意的焊缝、焊趾等的有限元建模要求和网格收敛性要求。本文中振动激励载荷环境选用RTCA/DO160中规定的振动环境曲线,利用Abaqus软件中的PSD分析模块对焊接管路进行了应力响应功率谱密度(PSD)分析,最后选取三区间法疲劳损伤模型和Miner线性疲劳累积损伤理论,给出了焊接结构的疲劳寿命分析结果。     

基于精确参数化定义的复合材料桨叶剖面 扭转刚度计算

在系统地对桨叶结构设计流程、结构分析计算方法进行研究的基础上,通过对桨叶组件参数化定义及桨叶铺层三维几何建模方法的扩展,自动获得各桨叶剖面相关组件的几何和材料信息,并基于闭口薄壁梁理论,给出了复合材料桨叶剖面扭转刚度的高效计算方法.该方法一方面充分考虑了复合材料蒙皮铺层的复杂结构以及梁、肋等组件的细节几何模型,避免了三维几何模型简化误差;另一方面,提出了铺层块、等效厚度以及长厚比概念,并采用解析表达,将模型几何解构完全集成于桨叶设计过程自动完成,十分便于工程应用.实例验证表明:提出的方法能够快速、可靠地完成桨叶剖面扭转刚度计算,显著提高设计分析效率.      

高超声速超燃冲压发动机实时模型仿真研究

给出了一种高超声速超燃冲压发动机实时模型建立方法.发动机采用基于特性的部件级建模思想,考虑了燃烧室的容积效应,其中,在计算进气道参数时给出一种计算激波角的方法,该方法能够一次得到激波角,不需数值解法,在保证精度的同时简化了计算过程.该发动机动态模型通过数值积分来完成,避免了循环迭代,提高了模型计算速度与实时性.以某超燃冲压发动机建模为例, 通过闭环仿真实验得到在动态过程中响应时间在1s左右,超调量为0.5%.仿真结果表明:该建模方法满足提高实时性的要求,有助于对此类发动机动态过程进行控制研究.      

套齿连接转子简化建模及动力特性分析

在进行转子和整机计算时建立套齿结构接触模型会增加计算量，降低计算效率，直接将套齿结构省略又无法体现其刚 度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题，基于航空发动机单圆柱面套齿连接的结构和力学特征，建立了考虑构件间界面 接触状态的力学特征分析模型，提出了考虑套齿结构刚度随参数变化的简化建模方法，并与套齿接触模型进行了对比分析。建立 了单圆柱面套齿连接结构转子简化模型，开展了相应的转子动力特性试验，对比分析了拧紧力矩对转子模态频率的影响。结果表 明：转子简化模型与试验模型最大计算误差小于5%，证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性，可为工程实践中高 效开展含套齿结构转子及整机动力学准确计算分析提供方法与参考。     

鸟体材料参数的一种反演方法

 在给定鸟体本构模型的前提下,通过优化方法自动实现了鸟体材料参数的反演,改变了以往采用的麻烦、费时和主观的手动试凑方法。数值模拟采用接触碰撞耦合算法,优化目标是使试验值与计算结果相对误差的平方和最小。鸟撞铝板算例选用鸟体为塑性动力学本构模型,通过其中两个参数的反演证实了这种方法的正确性和可靠性。鸟体材料参数的反演进一步完善了鸟撞有限元数值模拟的耦合解法,为飞机结构的抗鸟撞研究提供了一定的技术支持。     

基于一种新的均匀化实施方法的FRP刚度预测

基于一种新的渐近均匀化(AH)实施方法,预测并讨论了单向纤维增强复合材料(FRP)的宏观等效弹性性能及纤维排列方式对等效力学性能的影响。该方法方便地将有限元分析(FEA)软件作为一个工具箱使用,只需在单胞上施加简单位移周期边界条件开展静力学分析,即可经过简单计算得到等效弹性常数,相比传统均匀化实施方法显著降低了实施难度并简化了计算过程。通过对比不同数值方法的结果验证了该方法的有效性和精确性。数值结果表明:六边形排列下单向纤维增强复合材料呈现横观各向同性,而正方形排列下则呈现宏观正交各向异性,经过刚度平均化过程可得到横观各向异性材料性质,纤维体积含量对两种排列方式下材料等效弹性模量影响显著但有所差别。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头焊核区域成型过程及影响因素

接头焊核区域的形成是搅拌摩擦焊接的一个典型特征,其形状和大小对搅拌摩擦焊接头的性能有重要影响。以AZ31镁合金为母材,分析不同焊接参数(包括焊接压力、焊接速度、搅拌头倾斜角)条件下搅拌摩擦焊接头焊核成型的规律及特点,并建立焊核成型过程的简单模型。分析认为焊接压力和搅拌头倾斜角是影响焊核成型的重要因素,而焊接压力决定塑性材料的形成。焊核的形状主要由塑性材料的流动状态决定,搅拌头的形状和焊接速度影响塑性材料的流动,从而影响焊核的成型。掌握FSW焊核成型规律,可以选择合理的工艺参数。     

TC11钛合金钨极氩弧焊工艺试验研究

针对TC11钛合金材料进行了自动钨极氩孤焊接工艺试验,获得了成形良好的焊缝,焊接质量符合航空Ⅰ级焊缝标准.采用金相试验方法和力学性能试验对不同焊接填充材料下的显微组织和性能进行对比.结果表明,采用TC11同质焊丝可获得与母材抗拉强度相当的焊接接头,略高于采用TA2纯钛焊丝的接头,但采用TA2焊丝时的集中塑性接近母材.     

带密布气膜冷却孔的涡轮叶片等效应力分析方法研究

以带气膜冷却孔的航空燃气涡轮发动机涡轮叶片为研究背景,引入了等效概念对密布小孔结构进行了详细的应力-应变分析。这种等效分析方法是把多孔材料转化为具有等效材料常数的等效实体材料。根据MARC大型通用软件的线弹性及弹-塑性有限元应力分析结果,将小孔效应转化为等效弹性常数及等效应力-应变曲线。最后以某发动机高压涡轮工作叶片为例,将得到的等效材料参数引入到叶片的有限元强度计算中,从而得到考虑密布孔影响的涡轮叶片应力应变场,并通过子模型计算得到更为准确的孔边最大应力。