随机场的局部平均与随机有限元

本文提出一种基于随机场的局部平均理论的随机有限元法,并在此基础上,给出计算一阶二次矩可靠性分析方法中可靠性指数与设计点的步骤。算例结果表明:本文提出的随机有限元法较之现有的随机有限元法具有收敛快、机时省及对原始数据要求低的优点。     

应用于高速磁浮滑橇系统的常导电磁铁结构设计与优化

采用常导磁悬浮技术来解决传统高速滑橇系统中滑橇磨损严重、橇体振荡剧烈等问题。阐述了一套以浮重比为优化目标、纯电励磁与混合励磁式通用的常导悬浮电磁铁的设计流程,建立了悬浮电磁铁的等效磁路模型,并根据悬浮系统的设计输入要求完成了纯电励磁和混合励磁式悬浮电磁铁的初步设计;在此基础上,借助Ansoft有限元仿真软件,完成了两种悬浮电磁铁结构的优化。对比分析两者的设计参数,结果表明:在铁心饱和磁密为1.8 T的限制条件下,电磁铁的磁极截面为正方形时,其浮重比最高;对于混合励磁式电磁铁而言,永磁体的加入大幅减小了电磁铁的体积与自重,显著提高了电磁铁的浮重比,能够增加系统的有效载荷,且降低系统的能耗。     

基于XFEM机翼下壁板裂纹扩展分析与验证

为研究某大型飞机机翼下壁板裂纹扩展特性，首先分别使用常规有限元法和扩展有限元法对不同裂纹长度下的应力强度因子进行对比研究，然后通过扩展有限元法结合NASGRO方程，对机翼下壁板裂纹扩展进行分析并与试验结果进行对比。结果表明，相比于常规有限元法，扩展有限元法具有同样的计算精度，且裂纹界面与网格划分相互独立，具有裂纹定义简单，对裂纹尖端网格没有特殊要求等优点；基于扩展有限元法的裂纹扩展线与试验结果基本一致，表明了扩展有限元法应用于机翼下壁板裂纹扩展分析的可行性。利用扩展有限元法的裂纹扩展分析方法可以为大型飞机机翼壁板结构损伤容限设计提供参考。     

某涡轮性能试验件结构设计

为验证某新设计涡轮的效率,设计了涡轮性能试验件。对涡轮性能试验件试验原理、具体结构和主要零部件材料进行了介绍,阐述了轴向力平衡、轴承润滑和密封结构的设计方法。利用有限元法对试验件转子和工作叶片进行了强度计算分析,利用数值法和有限元法对涡轮盘和工作叶片之间联接销钉的强度进行了计算分析,在转子叶片叶尖部位采用了防泄漏结构设计并进行了流动计算分析。计算和试验表明:该涡轮性能试验件结构满足装配和强度要求,叶尖防泄漏结构设计合理,涡轮试验效率与理论设计效率相吻合。     

某型发动机转子热弯曲变形及其影响数值分析

采用有关文献提出的数值分析方法,对某型发动机转子的热弯曲变形及其影响进行了定量分析,得出了一些可供工程实际参考的有益结果。首次在发动机转子轴对称稳态温度场的基础上,借助热弯曲实验器实验结果,产生一个非轴对称温度场,用三维热弹性有限元法计算其热弯曲变形,采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应。上述方法在热弯曲试验器分析中均得到了验证。实践表明这是一种分析航空发动机热弯曲及其影响的简便可行的数值分析方法。      

民用飞机管路件弯曲工艺分析

运用有限元数值模拟方法来模拟工艺过程、指导工艺试验、辅助工艺参数选择是有效提高设计效率的重要途径。采用有限元法对Ti-3Al-2.5V导管弯曲这一典型导管制造工艺进行了过程分析,为合理选取导管弯曲半径和弯曲角度提供依据,也为在导管弯曲工艺设计中引入有限元数值分析方法提供借鉴。     

基于有限元法的输液管路稳定性可靠性研究

为分析航空发动机空间管路系统的稳定性可靠性问题,提出了一种采用有限元法和蒙特卡洛法相结合的分析方法。方法中采用有限元法建立空间管路系统流固耦合模型,定义了稳定性失稳的极限状态函数,采用蒙特卡洛法进行稳定性可靠度计算。典型工程算例的计算结果表明:给定流体流速的均值,发散失稳的概率随流体流速的变异系数可能增加或减小;给定流体流速的变异系数,随流体流速均值的增加,管路系统稳定性极限状态函数由服从连续概率密度函数变为服从混合概率密度函数。研究结果对于航空发动机输液管路的稳定性可靠性设计和评估具有参考价值。      

高阶间断有限元法的并行计算研究

根据间断有限元法的数据结构特点,基于METIS网格分区技术,设计并行计算策略,在非结构网格上实现了并行高阶间断有限元法。控制方程的数值通量项使用Local Lax-Friedrichs(LLF)格式计算。设计了并行的牛顿-块高斯赛德尔法(Newton-Block GS)来加速收敛,提高迭代效率。并行性能分析表明,所设计的并行算法能够得到较好的加速比和并行效率,有效地节省计算时间,合理分配内存。这使得采用高阶间断有限元法计算更为复杂的问题成为可能。     

柔性支承浮环柱面气膜密封准动态特性分析

通过对柔性支承浮环柱面气膜密封系统工况特点和工作原理的研究,分析了该密封系统的设计分析要点;提出该密封系统的准动态特性计算分析方法,建立了基于旋转坐标系的系统稳态工作特性的数值计算模型;采用有限元法实现了密封气膜力学特性和密封稳态特性的计算仿真.计算得到了反转轴间柔性支承浮环柱面气膜密封系统的主要密封特性参数随膜厚变化的特性曲线,为密封系统设计提供了理论基础.      

基于FEM的各向异性复合材料阻尼仿真分析

研究如何应用有限元法分析各向异性复合材料层压结构的阻尼性能,因为传统的复合材料阻尼分析方法存在一定的局限性。首先引入阻尼分析的能量法理论,推导出叠层结构的应变能函数;然后,引入阻尼与能量消耗的关系,获得应力函数的应变能表达,并利用有限元法对其进行扩展运算;最后,用这种理论针对几种不同的复合材料层压结构进行了阻尼仿真计算。对比试验方法获得的数据与理论仿真数据良好吻合。说明这种理论仿真分析方法可信,为复杂结构形状的阻尼分析提供依据。     

基于混合有限元解析法的永磁同步电机永磁体电涡流损耗估计

永磁同步电机永磁体受限于热约束,无法在温度较高的环境下运行,故需减少永磁体上的电涡流损耗,从而降低永磁体上的温度。针对使用有限元法对永磁体电涡流损耗估算时间较长,以及使用解析法估算时难以达到与有限元法相同的精度,采用混合有限元解析法估算永磁体上的电涡流损耗。结合电涡流的反作用,在模拟电机旋转时,无需重复划分三角形区域;使用MATLAB软件仿真模拟,将混合有限元解析法与Galerkin有限元法对比,减少三角形区域划分的个数。由此验证了永磁体上电涡流损耗符合端部效应以及集肤效应的特征,在保证精度的同时,减少了仿真的时间。     

民用飞机有限元模型的适航符合性验证

在民机结构强度设计及优化中,有限元模型作为一种数值计算方法已被广泛应用,并被业内所认可,但至今仍缺乏一套有效的有限元模型适航验证方法。本文从适航规章角度出发,探讨了有限元模型的验证思路和要求,梳理了验证要素,并给出了验证评价体系,可用于指导后续民机设计有限元模型适航符合性验证。     

高度修正实现刚度等效的梁结构有限元建模方法

民用飞机中对于梁结构的有限元建模,一般采用刚度等效方法将梁建成杆单元与剪切板单元的组合形式,这种有限元简化方法仅能保证截面刚度与真实截面刚度近似等效,但有限元中的截面面积与实际面积却相差较大,致使有限元分析的结果不能准确反映结构严重部位的应力情况。针对传统刚度等效有限元建模方法的不足,提出一种采用高度修正的刚度等效有限元建模方法;将该方法的计算结果与传统建模方法的计算结果、理论计算结果、试验测量结果进行对比。结果表明：本文提出的高度修正的有限元建模方法比传统杆板系建模方法更准确,与试验结果更接近。将该方法用于民用飞机结构有限元建模,能够对真实结构进行更准确地模拟,分析结果也更精确,对民用飞机结构的强度分析和安全保障具有重要的意义。     

基于弹簧质量模型的复合材料螺接修理载荷传递计算方法

复合材料螺接修理具有操作简便,对连接件表面处理的要求不高,施工快速、性能可靠等优点,在复合材料的临时修理、尤其是战伤修理中应用较为广泛。然而其修理设计过程较为复杂,难以满足工程快速定参的需要。在螺接接头弹簧质量模型的基础上,针对蒙皮和补片等宽的情况,提出了一种复合材料螺接修理结构载荷传递比例计算方法。通过引入载荷按刚度分配的原则对模型进行修正,将模型进一步推广到蒙皮宽度大于补片宽度的情况。然后讨论了模型中不同弹簧刚度的计算方法。给出了采用细观力学方法以及均匀化方法等计算含损伤蒙皮等效刚度的计算方法,推导得到了规则排列多列螺栓连接中各排螺栓等效刚度的计算方法,并证明该刚度满足叠加原理。最后,以含圆形损伤孔的复合材料蒙皮板的螺接修理问题为例,对模型进行了考核,并与有限元法（FEM）预测结果进行了对比。结果表明：模型预测结果与有限元结果吻合较好,预测误差最大为7.7%。采用该模型可以高效、准确地实现复合材料螺接修理的分析设计。     

在MSC.PATRAN中机翼有限元模型加载模块的二次开发

介绍了使用PCL语言对强度计算软件MSC.PATRAN进行二次开发程序编制的方法,以及开发机翼有限元模型加载模块的过程,为在MSC.PATRAN中增加计算模块提供了方法和思路。该计算模块已应用于具体型号的强度设计分析中。     

A type of 2D magnetic equivalent circuit framework of permanent magnet for magnetic system in AEMR

Modeling of permanent magnet(PM) is very important in the process of electromagnetic system calculation of aerospace electromagnetic relay(AEMR). In traditional analytical calculation, PM is often equivalent to a lumped parameter model of one magnetic resistance and one magnetic potential, but great error is often caused for the inner differences of PM; based on the conception of flux tube, a type of 2D magnetic equivalent circuit framework of permanent magnet model(2D MECF) is established; the element is defined, the relationship between elements is deduced, and solution procedure as well as verification condition of this model is given; by a case study of the electromagnetic system of a certain type of AEMR, the electromagnetic system calculation model is established based on 2D MECF and the attractive force at different rotation angles is calculated; the proposed method is compared with the traditional lumped parameter model and finite element method(FEM); for some types of electromagnetic systems with symmetrical structure, 2D MECF proves to be of acceptable accuracy and high calculation speed which fit the requirement of robust design for AEMR.     

基于有限元法的金属材料静强度破坏准则应用研究

根据1种基于有限元法的金属材料静强度破坏准则,设计了2种净截面积相同的缺口试件,用弹塑性、大应变、大变形的非线性有限元方法对试件在静载荷作用下的破坏载荷进行了计算,并进行了试验验证。计算结果与试验结果相比误差很小,很好地验证了基于有限元法的金属材料静强度破坏准则。     

具有高精度的永磁容错电机非线性电感分析及其解析式求取

 以六相十极永磁容错电机（FTPMM）为例,通过对电机中磁力线分布的分析,得出FTPMM绕组自感的各个主要组成部分,即激磁感、谐波漏感、槽口漏感和槽内漏感,并分析出FTPMM的大电感是通过增加槽口漏感和谐波漏感来实现的。为提高电机优化设计的正确性,提出了新的磁路模型,并引入槽口磁压降参数和槽口计算厚度参数,得出了具有高精度的非线性绕组自感及其组成部分的解析式。最后通过有限元法(FEM)及实验验证,该解析式的精度在13%以内,并且电机具有很强的容错能力,对永磁容错电机的优化设计和性能分析有理论指导意义。     

Optimization and improvement of ac resistance calculation method for multi-phase parallel-wiring cables

Parallel-wiring cables are often used in multi-phase AC aircraft Electrical Power Systems(EPSs). However, it complicates the ac resistance estimation. To solve this issue, an analytical resistance calculation method for parallel-wiring cables in multi-phase EPS was proposed. Firstly, the existing calculation formula of proximity factor was optimized, and the calculation error was reduced from 16% to 2% when two conductors are close to each other. Afterwards, the superposition effect on current d...