三层壳体计算的刚度等效方法

针对三层壳体计算复杂的问题,提出了一种较简单的计算三层壳体的方法——刚度等效法.该方法可以充分利用通用板壳理论的研究成果,直接使用通用板壳理论的公式.使用刚度等效法计算三层壳体可以减少计算工作量,并保留较高的计算精度.分析了通用板壳理论中的公式特点,根据刚度等效原理,给出了三层板的刚度等效计算过程,推导出了三层板的等效弹性模量和等效厚度的计算公式.在算例中,直接把三层板的等效弹性模量和等效厚度代入通用板壳理论的公式,计算出了弹性基础上三层圆柱壳体的位移.通过数值计算对刚度等效方法进行了验证.刚度等效方法可以用于其它多层薄壁壳体的计算.      

力反馈式电液伺服阀衔铁组件力学模型

电液伺服阀衔铁组件是连接电-机械转换器和液压放大器的柔性构件,其刚度是影响伺服阀动静态特性的重要因素。针对衔铁组件精密零部件刚度的精确分析理论欠缺的问题,将衔铁组件等效为变截面弹性组合梁结构,考虑剪力对结构变形的影响,建立了基于能量守恒原理的衔铁组件柔度矩阵静力学解析模型。进一步,提出了弹簧管、反馈杆和挡板刚度以及组件综合刚度的高精度计算方法。并作了弹簧管刚度测量和反馈杆柔度测量,理论计算结果与测量结果吻合。所建立的衔铁组件柔度矩阵模型及刚度计算式可为衔铁组件柔性构件匹配设计和精密零件刚度标定提供依据。     

蒙皮加筋圆柱壳扭转频率的三种计算模型

为了给火箭等加筋圆柱壳结构的简化计算提供理论基础,研究了加筋圆柱壳面积等效方法中的扭转刚度计算方法,说明了不能直接根据等效厚度计算扭转刚度的物理机理,得到了桁条对圆柱壳扭转刚度的贡献可以忽略的结论.根据等效厚度以及桁条与蒙皮连接关系的不同处理方法,给出了计算扭转固有振动频率的等效梁模型、变厚度壳模型和壳-梁模型,分析了桁条在3种模型中对刚度和质量(包括转动惯量)的不同作用.为了消除根据等效厚度计算扭转刚度和扭转固有振动频率的偏差,分别给出了扭转刚度和扭转固有振动频率的修正方法.数值结果验证了修正方法和所得结论的正确性.      

钢筋混凝土偏压构件截面非线性分析高斯积分

以平截面假设为基础,利用截面内力平衡关系,推导出钢筋混凝土双向偏压构件截面割线刚度、切线刚度矩阵计算的简便公式.并将混凝土积分面积划分成若干个三角单元,用高斯面积数值积分计算三角单元刚度矩阵的各项系数,再叠加所有三角单元刚度矩阵的各项系数,来求得混凝土的割线刚度、切线刚度系数.用文中方法对钢筋混凝土压弯构件进行了截面非线性全过程分析,分析结果与其它文献及实验数据比较,符合较好.     

空间机械臂关节零部件对关节总刚度的影响分析

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度的计算模型,分析了各级齿轮扭转刚度对关节总扭转刚度的影响,为空间机械臂大传动比关节的轻量化高刚度优化设计提供了技术途径。     

磁层扰动对同步高度太阳质子截止刚度的影响

采用Williams—Mead磁场模式,考虑当行星际磁场存在南向分量时的磁层扰动情况,计算了一组同步卫星所在位置太阳质子截止刚度随地方时的变化。计算结果表明,当考虑行星际磁场存在5γ南向分量时,截止刚度值显著降低。午夜西方截止刚度极小值由原来的3.1兆电子伏降至1.9兆电子伏,中午西方截止刚度极大值由原来的22.1兆电子伏降至16.6兆电子伏。与同步高度太阳质子的观测结果更加接近。     

曲面夹层结构成形压力和反弹分析

针对曲面夹层结构制造过程中的力学问题,分析了制造过程中曲面夹层结构的刚度变化,说明了曲面夹层结构的成形机理并给出了刚度计算公式.讨论了曲面夹层结构成形压力的计算方法,使用板壳理论推导出了小曲率曲面夹层结构的成形压力计算公式,给出了算例和计算结果.讨论了曲面夹层结构反弹的计算方法,给出了小曲率曲面夹层结构的反弹计算公式和算例的计算结果.分析了普通蜂窝、柔性蜂窝和微型桁架的变形特点,提出了曲面夹层结构夹芯的选择原则.     

结构动力特性分析中的圆角建模方法

针对薄壁结构中存在大量的圆角,提出了运用梁单元与壳单元组合的建模方法对圆角进行等效建模。通过分析圆角对薄壁结构的刚度贡献,提出圆角对结构刚度的贡献分为面内刚度贡献和面外刚度贡献。圆角对面外刚度的贡献与梁的作用等效,通过运用扭转相关理论推导出等效梁单元的截面参数。对于圆角的面内效应,运用壳单元对其进行等效建模,采用平面应变状态假设,将三维结构简化为二维结构。在平面内,通过刚度等效原理计算出壳单元的等效厚度与弹性模量。通过2个实例验证了圆角建模方法的正确性与准确性。      

高超声速翼面气动热与静气动弹性综合分析

研究了考虑热效应影响的高超声速飞行器的静气动弹性问题.建立了考虑热效应影响的高超声速飞行器从气动热计算到静气动弹性分析的快速分析方法,该方法采用分层求解思路对热气动弹性问题进行解耦,利用边界层外的无粘数值求解和边界层内的工程算法相结合的方法,计算高超声速飞行器的表面热流,获得模型的温度场,并基于该温度场计算结构热刚度矩阵.以高超声速飞行器小展弦比翼面为研究对象,计算了该模型在3种飞行状态下的温度场、热应力、热刚度和静气动弹性特性,从而验证了热静气动弹性快速分析方法的可行性和适用性.     

壁面吊挂清洗机器人碰壁缓冲问题研究

从机器人自动上壁及缓冲的需求出发,分析了机器人拉力形成的机理、碰壁的原因和过程.利用空气动力学原理,给出了拉力的计算方法,采用机器人物理样机进行实验,对计算结果进行了验证.在拉力的作用下机器人与壁面贴合,同时伴随碰撞,其间冲击能量的吸收由机器人裙边和支撑机构所构成的缓冲装置承担.前者还要保证机器人贴壁后的密封,因此刚度不宜过大,后者还要保证机器人在壁面上稳定行走,因此它的刚度又不宜过小.给出了缓冲装置刚度的确定方法及其在裙边和支撑机构上的分配准则,可用于工程分析.     

充气式机翼的颤振特性分析

充气式机翼的结构刚度由内充气压决定,其颤振特性需要建立静、动力学耦合的分析方法.机翼结构刚度和固有振动特性需要在静力分析基础上计算,进一步计算非定常气动力,从而采用传统的颤振计算方法分析其颤振特性.针对某一充气式机翼采用膜单元建立了有限元模型.在不同内充压条件下,对充气机翼进行了静力分析得到其结构刚度;然后对机翼进行模态计算和颤振分析.研究表明:各阶模态的频率随内充气压的升高而升高;除典型的弯扭模态外,充气机翼的弦向弯曲模态频率较低;充气机翼的颤振形式除常规的弯扭模态耦合外,弦向弯曲模态同样会发生颤振;机翼的临界颤振速度随内充压的变化近似呈分段线性变化;临界颤振模态及耦合分支在一定气压范围内保持不变.      

电动舵机模块化建模及动刚度仿真

颤振是一种危险的气动弹性失稳形式,舵机动刚度对舵系统的颤振特性具有不可忽视的影响,因此舵机的精确建模与仿真分析十分有必要。针对此问题,提出了一种电动舵机模块化建模方法及动刚度计算机模拟方法。以“直流电机-减速齿轮-滚珠丝杠-拨叉副”典型结构的电动伺服舵机为对象,将其分解为具备核心功能的子模块,充分考虑了实际结构中可能出现的主要非线性因素,再根据子模块之间的连接关系来搭建整体的舵机模型。基于该舵机模型,提出了利用步进正弦扫频信号激励、最小二乘法数据处理得到动刚度的计算方法,并以某舵机为算例,开展了舵机主要线性参数及非线性因素对舵机动刚度影响的研究。电动舵机模块化建模方法通用性好,便于不同舵机的拓展。电机转子阻尼、减速器的传动比以及输出轴处的阻尼对舵机的动刚度影响很大,间隙、接触刚度和摩擦这3类非线性因素对舵机的动刚度特性也具有重要的影响。      

质子地磁垂直截止刚度在2004年11月7-8日两个时刻处的数值模拟

利用单粒子轨道理论, 在T04和IGRF2000磁场模式建立的磁层模型基础上, 应用四阶龙格库塔方法, 模拟计算宇宙线带电质子在地球磁层中的运动以及沿天顶方向入射到达地球磁场内的某一特定位置, 得到了距地球表面450km高度处全球质子垂直截止刚度在2004年11月7-8日中两个时刻的计算值. 根据计算得到的684个不同位置处的截止刚度值, 分析了同一时刻地磁垂直截止刚度随磁纬和磁经的变化. 与此同时, 模拟计算了相同时刻下磁纬为30°, 磁经为0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°处, 地磁有效垂直截止刚度随高度的变化情况. 结果表明, 在磁纬30°处, 其质子有效垂直截止刚度随距离地心高度的变化沿向阳处向磁尾处方向, 变化越来越缓慢.      

基于柔性铰链的二自由度微动平台分析及优化

为改进微动平台的动态特性,提出了一种解耦的基于柔性铰链的二自由度微动平台。首先,综合考虑倒圆角直梁型柔性铰链与微动平台的结构特点,设计了一种新型的二自由度微动平台; 其次,推导了该微动平台的等效刚度计算模型,并通过理论计算与有限元仿真分析对比,验证了理论模型的正确性; 同时探讨了各结构参数对微动平台等效刚度的影响,并进行了灵敏度对比和分析; 再次,以提高二自由度微动平台的等效刚度为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该微动平台的主要结构参数进行了优化。最后,理论计算了该微动平台的固有频率,并通过有限元仿真分析验证了其正确性。上述分析证明了该机构的可行性及有效性。      

卷积神经网络求解有限元单元刚度矩阵

随着深度学习在众多领域的成功应用与快速发展，将深度学习与传统的结构分析相融合已经成为了新的研究方向。在求解有限元单元刚度矩阵的具体问题上，研究了卷积神经网络在结构分析上的应用。以四边形平面应力单元为例，基于卷积神经网络，提出了一个求解有限元总体刚度矩阵的神经网络模型；同时分析了网络的学习效果与网络卷积核数目、训练样本数目之间的关系。计算实例表明，在一定范围内，网络的学习能力随着卷积核数目、训练样本数目的增加而不断提升。在现实应用时，可以根据具体的精度要求而设定相应的卷积神经网络。卷积神经网络训练完成后，单元刚度矩阵的计算具有实时性，且精度满足工程要求。      

单元构架式抛物面天线张紧绳索多层设计方法

星载抛物面天线在轨运行时由于姿态调整或环境因素变化,可能产生振动,从而降低其工作性能。为了减弱振动的影响,需采取加装张紧绳索的方法来提升天线刚度。提出了一种新型张紧绳索多层设计方法,通过将抛物面天线划分为多层,调整各层绳索的张紧力,从而提高天线结构刚度,同时尽量降低张紧力引起的形面误差。为了验证所提方法的有效性,建立了天线的有限元模型。在此基础上进行了有限元分析,研究了不同张紧力参数配置下的结构刚度和形面误差,并以提升结构刚度的同时降低张紧力引起的形面误差为目标,对张紧力参数进行了优化设计。为了提高计算效率,采用响应面法建立代理模型参与优化迭代计算。采用非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）完成优化迭代计算,优化后的张紧力参数使天线的性能得到了进一步的提升,为构架式可展开抛物面天线的设计提供理论指导。      

考虑舵机动力学的舵系统颤振特性分析

飞行器舵面的颤振特性与舵机动态特性有很大关系.提出了2种考虑舵机复刚度颤振分析的工程分析方法,第1种方法思想是对舵面和舵机的耦合系统(下文称舵系统)模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断,称为时域方法;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用改进的V-g法求解该方程得到舵系统颤振特性,称为频域方法.通过对舵系统模型算例的数值计算验证了方法的可行性;发现传统的按扭转频率进行舵机刚度等效的舵面颤振工程计算方法的结果相对于该方法有较大差别.说明当舵机动力学特性较差时,在舵面颤振分析中考虑舵机复刚度特性是很有必要的.     

飞机起落架摆振的阻尼特性影响

采用考虑支柱弹性、减摆器传动系统弹性、轮胎变形、结构重量、垂直载荷以及机轮陀螺力矩等影响因素的线性机轮摆振分析模型,通过灵敏度分析方法,区别研究了"轮胎型"摆振和"结构型"摆振.首先计算稳定矩、支柱侧倾刚度和减摆传动系统扭转刚度等结构参数的改变对减摆器阻尼的影响,以获得速度-灵敏度曲线,然后利用一组速度-灵敏度曲线分析阻尼特性对摆振稳定区域的影响,灵敏度计算考虑了各参数之间的耦合效应.算例表明方法合理、有效,同时为起落架防摆振设计的研究提供了一条新的途径.     

水平弯曲刚度对大展弦比机翼颤振的影响

高空长航时飞机普遍采用小后掠角大展弦比机翼,飞行时机翼具有较大变形．几何非线性加剧机翼结构水平弯曲与扭转的刚度耦合,水平弯曲模态在颤振分析中的作用已不可忽略,对机翼气动弹性特性影响显著．将结构在给定来流攻角的静平衡位置附近线化,以求解结构的固有振动特性,并应用考虑翼面变形的片条理论计算非定常气动力,用 p-k 法计算颤振速度．以金属梁式机翼为对象的颤振计算结果表明,水平一弯模态参与耦合的机翼颤振速度低于线性颤振速度．增大水平弯曲刚度有助于这类颤振速度的提高,而扭转频率的影响也要加以考虑．