不同填充材料对新型缓冲囊刚度的影响（英文）

设计了一种能在小位移下提供轴向冲击保护的新型缓冲囊机构,并研究了该结构在冲击载荷作用下的刚度特性。通过比较分析填充材料分别为液体和气体时,机构的刚度和缓冲囊内部压力的变化,讨论了初始囊内压力、体积模量和囊壁厚对机构刚度以及囊内压力变化的影响。结果表明,当填料分别为液体和气体时,液囊的刚度优于气囊;当机构承受300 kN轴向力后,液囊的内部压力有明显的上升,而气囊的内压几乎没有上升;液囊内液体体积模量的改变(分别为1 000、1 500、2 000和2 500 MPa时)对机构刚度有明显影响,且与机构刚度呈正相关;气体摩尔质量的变化(分别为28和44时)对机构的刚度影响不大;缓冲囊的壁厚(分别为5、10和15 mm时)对机构的刚度也有明显的影响。相同条件下,液囊的缓冲刚度较大,对柔性接头的保护更好。     

复合材料夹层圆柱壳的轴对称失稳问题

本文首先给出复合材料夹层圆柱壳大挠度问题的一般方程,然后在轴对称变形条件下进行简化,得到轴对称变形的非线性方程。在此基础上用摄动法,给出了复合材料夹层圆柱壳轴压轴对称屈曲方程,该方程与齐次边界条件一起构成分析轴对称失稳的特征值问题。通过详细分析得到了该特征值问题的解,无量纲的轴压临界值表达成无量纲的抗弯刚度参数,夹芯抗剪刚度参数和Badtoff几何参数的简单函数。通过这些无量纲参数,轴压临界值实际上是复合材料工程弹性常数,夹心横向剪切模量,各层纤维铺设角,铺层数,夹心相对于表层的厚度和圆柱壳参考中面几何尺寸的函数。     

滚动轴承在任意方向的支承刚度

为仔细分析高速转子——滚动轴承系统的动力学特性,本文提出了滚动轴承在任意方向的支承刚度的概念,应用弹性理论和滚动轴承内部几何关系,推导了滚动轴承在任意方向的支承刚度的数学表达式。同时还提出了球轴承和单列向心短圆柱滚子轴承在外载荷作用下内圈位移的简化表达式,给出了计算方法和编制了相应的计算程序。 为验证上述理论的正确性和程序的可靠性,应用本文方法进行了大量的计算试验,与美国空军推进实验室所提供的轴承刚度的资料相比较,计算结果相当吻合。在此基础上,本文还进一步探讨了轴承的轴向负荷和径向负荷、径向间隙和负荷分布参数对轴承刚度的重要影响,得到了许多重要结论。     

圆柱壳轴向塑性动力失稳的第二临界速度

本文利用铝合金材料200多个9种不同厚度的圆柱壳研究在轴向冲击载荷作用下的塑性失稳问题。实验结果表明:不同半径a与厚度h比值的圆柱壳受撞击的塑性失稳,其屈曲模态会对应两个失稳临界速度V_(c1)、V_(c2),前者对应于轴对称屈曲模态,在a/h一定范围内后者比前者可以大一倍,一般是非轴对称屈曲模态,可认为它丧失承载能力。     

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300 ℃稳态条件下,蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律;分析了各几何参数对隔热性能的敏感度;测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度,减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果;不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚;钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大,相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。     

脉冲侧压下的筒壳弹性屈曲

本文利用弹性理论对在空气冲击波作用下的圆柱壳的侧压稳定性进行了计算分祈,在不圆度为1％、最大位移为半径的5％时,计算结果与实验结果有很好的一致性。引入等效加载时间概念来表征载荷的时间特性,得到了载荷～冲量关系。通过对各种结构尺寸的临界载荷的计算,证明动力过载系数不仅与加载时间有关,而且与结构有关。在厚度一半径比大于0.005或长度-半径比小于4的区域内,临界载荷对结构几何参数比较敏感。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

基于热流体动力润滑分析的滑动轴承平衡位置和动力特性系数研究(英文)

建立了考虑润滑油粘热效应的滑动轴承热流体动力润滑分析模型,采用有限元法分析滑动轴承油膜压力和温度分布。对有限元方程关于扰动项求导直接得到油膜压力对于各扰动项的偏导数,并且通过油膜压力对于扰动项的偏导数构建油膜力Jacobi矩阵。采用Newton-Raphson方法确定给定静载下的轴承平衡位置,同时不需要额外的计算即可通过油膜力Jacobi矩阵获得滑动轴承动力特性系数。通过算例研究了轴承几何参数对滑动轴承动力系数的影响。分析结果表明,油膜温度对轴承刚度系数的影响大于阻尼系数;在轴承偏心率较小时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而增大;而在轴承偏心率较大时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而减小。     

基于神经网络模型预测的水声对抗子母弹跌落冲击仿真

为了评估水声对抗子母弹在不同跌落冲击条件下的可靠性,应用LS-DYNA对母弹在不同跌落参数下的冲击响应进行了数值仿真研究。在有限元计算结果作为样本的条件下,运用BP神经网络模型建立了母弹跌落冲击影响参数与子弹应力峰值的非线性映射关系。结果表明:弹体各子结构在跌落高度、角度及跌落面条件下具有不同的冲击响应规律;母弹体头螺、壳体结构冲击变形较大,内部子弹冲击应力值变化幅度较小;网络模型较准确预测子弹的应力峰值,可极大地降低仿真次数,提高跌落测试效率。     

航天员出舱活动用移动扶手原型设计与试验验证（英文）

针对空间站舱外固定扶手难以满足航天员复杂舱外作业需求的问题,提出一种航天员出舱活动用的移动扶手,并对其进行了参数设计与试验研究。首先,在充分考虑着舱外服加压航天员手部施力特性的基础上,对舱外移动扶手操作机构的几何尺寸和弹簧刚度进行了参数设计。其次,为满足航天员在轨出舱单手操作移动扶手的人机工效学需求,对操作机构进行了自锁设计,并利用ADAMS对操作机构进行了动力学仿真分析,仿真结果表明,各操作机构能够实现自锁功能,且操作力符合着服加压航天员手部施力特性。最后,研制了舱外移动扶手原理样机,从功能、环境适应性及人机工效学方面进行了试验验证。试验结果表明：所述方案可顺利完成舱体扶手夹持、长度和角度调节,且实测操作力与理论值基本吻合,在力学和热学环境试验前后操作力无明显变化,各操作机构满足空间站舱外低轨环境及人机工效学要求。     

弹性支撑条件下分段轴压阶梯梁自由振动及稳定性分析

分析了在各种经典及其派生弹性支撑边界条件下任意多段分段常轴压阶梯梁的自由振动和稳定问题,得到了形式统一的封闭解析解。首先采用分布传递函数方法,得到了轴压等截面梁在各种边界条件下自由振动及稳定性分析的解析解,然后根据分段轴压阶梯梁横截面弯曲刚度和轴向压力沿轴线的变化情况,将梁分成多段子梁,再利用各子梁的解析解以及各子梁间的位移连续和力平衡条件,得到粱的各阶自由振动频率和失稳载荷及其相应的模态形状。最后通过三阶梯梁的三个算例验证了本文方法的正确性,并针对各种边界条件,计算了各种边界条件下分段轴压四阶梯梁自由振动的前三阶固有频率和失稳载荷参数,分析了固有频率和失稳载荷与其模态形状的关系,探讨了弹性支撑条件下轴压阶梯梁固有频率随弹簧常数的变化趋势。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

基于Coanda脉冲射流的D型体主动减阻控制研究

D型体是典型钝体之一,其尾缘分离流动及近尾流流动结构与其受到的气动阻力密切相关。本文结合Coanda脉冲射流及遗传算法,对D型体绕流进行主动减阻控制。实验在直流风洞中进行,基于来流速度和D型体高度H的雷诺数为1.8×104;Coanda脉冲射流布置于D型体背部上下两侧,控制参数包括射流的驱动压力、频率和占空比,以及背部上下侧射流相位差。遗传算法的目标函数为D型体时均背压,间接反映D型体所受气动阻力。研究结果表明：遗传算法能够帮助确定Coanda脉冲射流的最优控制参数组合（射流驱动压力为1.94 atm,无量纲射流频率为0.27,射流占空比为37%,上下侧射流相位差为136°）,使D型体时均背压提升达61%（对应的减阻率约为23%）,对应45%的控制效率;在最优控制参数下,D型体近尾流交替脱落的大尺度旋涡被破坏,脱落频率和相位差被改变。     

基于DOE的某异型喷管结构优化减重研究

针对某异型喷管结构特点,采用实验设计(Design of experiment,DOE)中的全因子实验设计方法,建立优化数据模型,经过仿真计算和规律分析,最后使用多目标优化方法优化异型喷管结构参数,使其最大应力、最大变形及质量都取得合适值。此项研究选取异型喷管的三个主要构成因子——加强环高度、加强环厚度和喷管壁厚,经过分析这三个因子分别对该异型喷管的质量、最大应力和最大变形等响应目标的影响规律,从而得出传递函数,最终利用响应优化器求出最优解因子组合。该项研究得出：在保证强度使用要求的情况下,异型喷管的质量同比减轻24.45%。