分析/试验模型相关及修正技术若干问题

本文对模型修正技术的发展及其国内外研究状况做了系统介绍和综合评述，并讨论了该领域中存在的一些主要问题以及进一步研究的方向。文中还给出了有限元模型修正技术在航空航天领域、汽车船舶领域成功应用的实例。     

星箭耦合系统多状态模型修正技术研究

在大型、复杂航天飞行器研制过程中,有限元分析发挥了重要作用。由于在建立有限元模型时进行了简化导致有限元模型不能真实的反映真实结构的特征。为了精确预示结构动态响应,需进行模型修正。针对全箭有限元模型修正特点,提出了多状态模型修正方法,并编制了相应的计算软件MPMU1.0。最后对某缩比模型进行了模态试验和模型修正,验证了方法的有效性。     

基于频响函数数据的飞行器结构有限元模型修正及软件开发

有限元模型修正技术已成为实际工程结构精确建模的重要手段,围绕结构有限元模型修正这一主题,对基于频响函数的结构有限元模型修正算法及其与现有大型商用有限元分析软件的接口问题进行了研究,改进了算法中的矩阵病态问题,并利用MSC软件的二次开发功能,基于某飞行器组合舱段结构的频响函数试验数据,对该修正算法的进行了程序编制,运用PCL语言编写了操作界面,DMAP和C语言编写算法过程,在MSC.Patran软件中形成模型修正模块。计算出的修正前后固有频率和频响函数结果与试验数据进行对比,得到了较好的效果。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

钢管混凝土拱桥有限元模型修正

建立了某钢管混凝土拱桥的有限元模型,通过计算模态分析获得了该桥的计算模态频率.对该桥实施了环境激励下的动态测试,通过实验模态分析获得了该桥的前两阶实验模态频率.采用基于灵敏度分析的有限元模型修正方法,以弹性模量和截面面积等物理和几何参数为对象,依据试验数据修正了钢管混凝土拱桥的有限元模型,修正之后模态频率误差最大值由22.6%降至3.3%.     

面向天线板热变形的有限元模型修正方法

为满足卫星天线板的在轨热变形测量要求,需要建立精确有限元模型模拟天线板热变形过程。蜂窝夹层板作为天线板主体结构,在有限元建模过程中通常需要对其进行简化处理,导致有限元计算结果与实验测量值之间存在差异。针对上述问题,进行了高温环境下天线板结构的热变形实验,得到温度场分布与热变形位移矩阵。通过对温度场拟合得到有限元模型热载荷。在此基础上,提出了利用天线板有限元模型与实验模型面外位移测量矩阵的均方根误差作为修正目标,基于多岛遗传算法的有限元模型修正方法,对模型材料参数与边界条件进行修正。修正后有限元模型的预测精度得到了明显提高。     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

设计参数型有限元模型修正属于结构动力学反问题，其理论基础是将结构的特征量视为设计参数的函数。然后依据特征量对设计参数的一阶导数信息进行迭代求解。本文提出了一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法，把模型修正归结为正问题进行研究。首先将特征量视为自变量．设计参数视为因变量，以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系，然后利用神经网络的泛化特性直接求解设计参数的目标值。不但无需迭代求解，而且避开了反问题所面临的复杂的非线性优化计算。GARTEUR飞机模型仿真研究的结果表明．修正后设计参数误差在2％以内，模态频率误差在1％以内。     

有限元计算模型的试验修正

本文阐述了有限元计算模型试验修正的一种方法,推导了求特征值和特征向量对结构参数导数的二阶矩阵摄动近似解,并在直升机桨叶的有限元计算模型的试验修正中得到成功应用。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

共轴式双旋翼气动特性的固定尾迹分析

对经典的儒氏旋翼涡系模型作了一些修正，建立了悬停状态下共轴式旋翼的固定尾迹模型，对双旋翼之间的气动干扰问题开展了理论研究和实验研究，最后，将理论结果与实验结果进行了比较、分析，证明了理论方法的正确性，并获得了一些重要结论。     

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。     

Fast SSED-MoM/FEM Analysis for Electromagnetic Scattering of Large-Scale Periodic Dielectric Structures

A hybrid method combining simplified sub entire domain basis function method of moment with finite el ement method （SSED-MoM/FEM） is accelerated for electromagnetic （EM） scattering analysis of large-scale peri- odic structures. The unknowns are reduced sharply with non-uniform mesh in FEM. The computational complexi ty of the hybrid method is dramatically declined by applying conjugate gradient-fast Fourier transform （CG-FFT） to the integral equations of both electric field and magnetic field. The efficiency is further improved by using OpenMP technique. Numerical results demonstrate that the SSEI）-MoM/FEM method can be accelerated for more than three thousand times with large scale periodic structures.     

LCCC电子封装结构的热疲劳寿命分析

以典型LCCC电子封装结构为研究对象,分别基于有限元仿真分析方法和工程算法开展电子封装结构在温循载荷作用下的疲劳寿命分析,分析结果表明,有限元仿真分析方法和工程算法所预测的结构疲劳寿命一致性较好。所探索的有限元方法和工程估算方法在解决电子封装结构的热疲劳寿命问题时具有很好地推广性。     

接触问题数值分析方法的研究现状与发展

接触问题涉及到应力集中、边界非线性、甚至材料或几何非线性，问题很复杂但又十分重要。随着电子计算机的发展，有限元与边界元理论与数值方法也取得了很大进展。目前，这两种方法已成为工程接触问题十分有效的研究和数值分析手段。本文综述了接触问题中的有限元法与边界元法及其工程应用方面所取得的进展，着重围绕小变形弹性接触、小变形弹塑性接触以及大变形接触等方面的内容。此外，文中还对今后研究的发展方向作了展望。二十多年来，在小变形弹性接触问题中的有限元法和边界元法发展的比较成熟，并在工程中获得广泛应用；小变形弹塑性接触问题中的有限元法发展的也比较成熟。然而，它们在如下方面还必须开展进一步的研究，例如，不同材料非线性模式的接触、不同蠕变模式的接触、大变形弹塑性接触、基于实验力学的反迭代分析、以及复杂的工程构件的接触分析等。     

变截面梁的传递函数近似解法

把有限元法与传递函数方法相结合,发展了一种便于处理变系数微分方程的传递函数方法。这种方法把有限元位移假设作为传递函数方法中对变系数部分预估的基础,然后再利用传递函数方法的标准解法进行处理。作为应用实例,利用此方法对变截面梁进行了具体的分析,并作了数值模拟。结果表明本方法既保留了传递函数方法的各种特点,又提高了单元的精度。     

Mechanical Behavior of Plastic Pipe Reinforced by Cross-Winding Steel Wire Subject to Foundation Settlement

Plastic pipe reinforced by cross helically wound steel wires(PSP)is a new plastic-matrix steel composite pipe developed in China.To investigate the stress of PSP under foundation settlement,a finite element model(FEM)is proposed.The stresses and strains of PSP are obtained by the FEM analysis.The mechanic behavior of PSP subject to a foundation settlement is analyzed.Finally,the influence factor analysis of settlement deformation,such as settlement depth,overlying soil depth,diameter of PSP and inner pressure of PSP,are discussed.     

自适应有限元的应用和发展

自适应有限元（ＡｄａｐｔｉｖｅＦＥＭ）是一种通用后验误差估计,不断进行网络优化提高计算机精度的数值方法,它是有限元法（ＦＥＭ）的新发展,具有高效率,高可靠性的特点,在现代工程得到了广泛应用,本文分析了自适应有限元的关键技术,总结了其在在国内外的应用情况,并展望了其发展前景。     

辊弯成形仿真分析与参数优化(英文)

辊弯成形工艺是一种在常温下将平板金属材料通过连续转动的成形辊成形为所需截面的加工方法.本文通过有限元模型建立了一套避免重大产品质量缺陷的设计方法.通过对真实产品的仿真,在设计中考虑了两个辊弯成形主要缺陷,即边波和回弹.设计结果表明,该设计方法能够有效地控制这两大质量问题.     

给定装夹下走刀路径对铣削精度的影响

为有效解决腔薄壁件的加工变形问题,本文采用三维有限元分析方法,模拟了在给定的装夹条件下,不同的铣削走刀路径对航空薄壁框类零件加工变形精度的影响.仿真结果表明,在保证其他加工条件不变,只改变走刀路径的情况下,零件加工变形存在较大的不同.其中,采用从外向内的加工路径进行铣削加工时产生的变形较其他3种情况要小.最后通过铣削加工实验验证了模拟结果的正确性.     

切削加工过程数值模拟的研究进展

针对机械工程师基于经验或试验来制定切削加工工艺规程,难以保证产品质量的制造难题,近年来有限元方法在切削加工过程中得到了越来越广泛的应用。本文介绍了国内外切削加工过程数值模拟的研究进展,重点阐述了切削加工过程中塑性变形过程、切屑分离和断裂判定准则、工件与刀具接触和摩擦、切削加工过程中温度场与应力场的热力耦合,以及加工表面层微观组织结构与残余应力的预测等关键技术的研究进展情况。最后对切削加工过程数值模拟的发展方向进行了展望。