计及弯折波的舰载飞机偏心拦阻动力学分析

为分析偏心度对舰载飞机拦阻过程的安全特性的影响,以某舰载飞机为研究对象,建立了拦阻系统动力学模型,研究舰载飞机在偏心状态下的拦阻动力学特性。基于离散的弯折波模型,进行了计及弯折波的对中拦阻动力学仿真,仿真结果与相关标准的试验数据进行了对比,变化规律基本一致。在此基础上进行了偏心拦阻动力学仿真,并研究了偏心度对于弯折波的影响,结果表明:因偏心拦阻,两侧拦阻索初始长度和拉伸速度不同,导致弯折波产生的载荷波动产生差异。当偏心度超过20%时,一侧拦阻索拉力不再呈现波动增大趋势,超过24%时,拦阻索拉力会出现负载和接近破断拉力。随着偏心度的增加,偏心侧的拦阻索承受更多的拦阻冲击载荷,偏心度过大会对拦阻系统的安全特性产生不利影响。      

小型铯原子钟微波腔调谐过程的仿真研究

通过建立模型,利用Ansoft HFSS 12.0对小型铯原子钟内微波腔的调谐过程进行了仿真,得到了调谐棒半径、在调配器内长度与微波腔谐振频率之间的关系曲线。结果表明,调谐棒半径一定时,调谐棒长度在一定范围内,微波腔谐振频率随着长度的增加逐渐下降;随着半径的增大,微波腔谐振频率的变化范围逐渐增大,在铯原子跃迁中心频率处,调谐棒长度对微波腔谐振频率的影响变大。根据仿真结果,给出了调谐棒半径的取值范围,为微波腔的设计、加工和调谐提供了理论指导。     

空间机械臂间隙影响分析

摘要： 为考察关节间隙和柔度对机械臂动力学行为的影响,分别建立平面二自由度和空间7自由度的机械臂刚柔耦合模型,应用ADAMS 软件采用间隙铰非线性弹簧阻尼模型,考虑臂杆柔度和间隙对动力学性能的影响,对两种机构进行动力学仿真分析.分析结果表明：臂杆柔度对位移影响较小,但角速度、角加速度曲线随柔度增加波动显著增大;由于间隙的存在,关节碰撞导致机械臂运动精度、角速度与角加速度随间隙显著增大.     

含椭圆分层缝纫复合材料层板的局部屈曲研究

建立了分析含椭圆分层的缝纫增强复合材料层板压缩屈曲问题的三维模型.通过应用瑞利-里兹法研究了分层椭圆几何参数和缝线等效弹性系数对压缩屈曲载荷的影响.分析结果表明,缝纫对提高临界曲屈载荷的作用十分明显,随着缝线等效弹性系数的增大,临界曲屈载荷迅速提高;分层椭圆的长轴垂直于载荷方向时,临界曲屈载荷最小,并且随长轴的长度增大时,临界曲屈载荷减小并逐渐收敛.     

基于SIMP法的周期性传热材料拓扑优化

为了实现基于宏观热传导条件的周期性材料微结构设计,建立了基于固体各向同性材料惩罚法的周期性结构拓扑优化模型.模型以体积比为约束,散热弱度最小为优化目标.为了满足周期性约束,将设计域划分为若干相同子区域,并重新分配散热弱度.基于偏微分方程的图像处理方式可以有效地消除棋盘格和网格依赖性现象.讨论并分析了不同子区域个数及不同载荷工况对拓扑优化构型的影响.数值实验结果表明:周期性结构的建模方式可以实现基于宏观稳态热传导条件的周期性材料微结构设计.子区域个数不同时,优化得到不同的微结构构型,这反映了尺寸效应对材料设计的影响.当子区域个数不断增加时,优化结果逐渐趋向收敛于均匀化方法对应的极限值.      

聚合物基复合材料凸头螺栓连接研究进展

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸加载下的失效过程,详细论述了复合材料接头的损伤模式;重点讨论了复合材料接头力学性能影响因素的研究进展,包括复合材料性能（纤维类型、增强体结构形式、纤维与金属混杂层板、铺层角度及比例、固化工艺、初始材料缺陷）、紧固件性能（紧固件刚度、钉头型式、螺栓直径、螺纹密封、间隙配合、干涉配合、紧固件缺失）、连接板性能、侧向约束（拧紧力矩、预紧面积、补偿垫片、接触面摩擦因素）、几何效应（复合材料板尺寸、板厚与孔直径比、层合板宽度与孔直径比、孔端距与孔直径比、螺孔形状、螺孔质量、螺孔位置误差）、载荷（静载荷、动态载荷、疲劳载荷、蠕变、松弛、温湿载荷）等;对聚合物基复合材料凸头螺栓连接的未来研究方向进行了展望。     

温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

动力翼伞纵向四自由度动力学仿真

在考虑载荷物和伞体相对运动的前提下,研究了动力翼伞纵向运动过程.将伞体和伞绳作为一个平面运动刚体,载荷物具有绕系挂点的摆动自由度,建立纵向四自由度动力学模型.求解翼伞从平飞至爬升状态推力阶跃操纵的动力学响应,由状态量的变化曲线得出动力操纵初期伞体失速倾覆的主要原因是迎角剧烈变化而超过失速边界.获得推力操纵值和推力增加速率所形成的操纵包线,当推力操纵幅度较小时,增加速率并无限制;当推力增加幅度较大时,增加速率的限制值随着增幅变大而减小.此外从能量角度计算了大动力快速操纵前后载荷物的机械能变化,并提出动力翼伞新的雀降操纵方式.计算表明该方法可以有效减少接地前后的能量,即可以减少接地后载荷物翻转对正面动力系统的冲击.     

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

带有偏心轮的锁钩式结构锁运动性能和力分析

锁钩式结构锁因动作速度快和误差补偿能力好而广泛应用于空间对接装置中。文章对两航天器空间对接正常拉紧过程中带有偏心轮的锁钩式结构锁进行了受力分析 :分析了对接框下端面粗糙度对结构锁拉紧力的影响 ;针对“仅一组钢索传动”的故障情况 ,进行了结构锁的力学计算 ;提出了改善结构锁啮合性能的方法———增大主动钩特征点的 y坐标值 ,尽可能减小偏心轮偏心距。导出了主动钩啮合面法线与对接框平面法线的夹角计算公式以及结构锁法向载荷在啮合间隙误差影响下的计算公式 ,为设计提供依据     

复合材料加筋板筋条修理后的压缩性能

承受压缩载荷时,筋条损伤往往造成复合材料加筋板结构的严重失效.针对筋条壁板脱黏、腹板分层、上缘条损伤3种情况分别设计了相应的修理方案并制作了试验件.为保证压缩载荷的均匀施加,设计制作了加筋板试验专用夹具,含有固定试验件的卡槽和保证加载方向沿竖直方向的导轨.筋条修理后的复合材料加筋板的轴向压缩试验表明不同修理部位、不同修理方法对加筋板的力学性能影响不同.有限元分析表明加筋板的屈曲模态、整体破坏模式以及板-筋胶层的破坏情况都受到修理方案的影响.      

真空紫外探测器关键参数校准装置

当前真空紫外空间探测技术迅猛发展,真空紫外载荷应用越来越广,其中的核心器件真空紫外探测器的特性校准变得越来越重要,针对国内真空紫外探测器关键参数校准能力缺失问题,研制了一套真空紫外探测器关键参数校准装置,实现光谱响应率、线性度等参数的校准。论述了真空紫外探测器光谱响应率、线性度参数的校准方法,介绍了校准装置的硬件组成、校准方法和软件功能,并对其进行了测量不确定度评定。测试结果证明表明,该校准装置可以对真空紫外探测器进行主要参数的校准,校准结果准确、有效。     

基于结构分区与应变电桥解耦的支柱式主起落架载荷测量

为解决应变法测量支柱式主起落架载荷中的低灵敏度、高耦合度和强非线性等问题,提出了结构分区解耦和应变电桥解耦设计方法。在集中传力的轮轴和活塞杆上优选出不同等效分量载荷作用下的结构变形有效部位,并在对应部位优化布置了弯矩-剪力-扭矩应变电桥阵列,通过某型飞机起落架综合加载校准,得到了简洁可靠的支柱式主起落架载荷测量模型。载荷校准试验表明:轮轴上剪力电桥对垂向载荷的响应灵敏度相比支柱上拉压电桥对垂向载荷的响应灵敏度提高约60%,并与压缩行程变化无关。在该型机着陆试验中,利用所提载荷测量模型和飞行数据计算得到了满足工程精度要求的主起落架着陆载荷和缓冲器功量吸收结果。      

力约束管材自由胀形试验研究与材料性能测试

相较于单向拉伸试验,通过管材胀形试验(TBT,Tube Bulging Test)获得的材料性能参数能够更准确地反映材料在高压流体作用下的塑性成形性能,不同的管端边界将会严重影响管材胀形试验的测试结果.针对国际上现有试验方法和设备存在的不足,研制出了一套约束边界清晰、加载精确的管材自由胀形试验系统.在管材测试过程中,基于位移随动力主动加载的控制策略和比例伺服油缸,实现实时的轴向力、轴向位移和内压力的精确加载.端部约束的测试管材通过特殊设计的工装保证了其轴向自由滑动.实时内压力和胀形管材顶点处材料的壁厚和胀形高度信息通过超高压压力传感器、超声测厚仪和磁致伸缩位移传感器采集,进而基于Swift材料本构模型和采集到的数据拟合出材料应力应变曲线和材料性能参数.试验结果表明,管材两端侧推力与内压力对管材内腔端面的作用力和管材轴向自由对称收缩的平衡条件始终处于动态稳定中,试验设备能够准确获得实时胀形高度、顶点厚度、轴向收缩长度和内压力的信息,能够为材料性能测试和工艺设计提供可信的材料参数.      

电介质材料射频电参数校准系统的组建

在介绍电介质材料电参数测量方法的基础上,研究了电介质材料1MHz-1GHz射频电参数量值溯源和测量方案：采用自行研制谐振法校准装置和（射频Ⅰ-Ⅴ法和自动平衡电桥法）商用仪器组建电介质材料射频电参数校准系统。介绍了系统基本原理,阐述了谐振法校准装置电极系统结构设计特点,分析了校准系统的测量不确定度。     

基于双向拉伸的热环境铝合金性能获取和分析

板材成形加工时通常承受复杂载荷,一般采用单拉试验获取材料性能,由于材料变形时仅承受单向载荷,与实际情况差距较大。为获取更加真实的复杂加载时材料性能,通过十字形试件双向拉伸试验,研究了热环境双向变比例加载时AA6016铝合金材料力学性能和变形行为,包括优化设计十字形试件、相关试验方法和设备以及结果分析等。在25、150和250℃温度下进行了拉伸速率比例为1:1、3:2、2:3、1:3和3:1的双向拉伸试验和单向拉伸试验,得到了不同拉伸速率比例和温度下的应力应变关系、屈服规律和各向异性,建立了屈服准则,并且通过与试验结果对比,讨论分析了几个典型屈服准则及其适用性。      

火箭发动机推力测量的原位自动校准

研究了火箭发动机推力测量系统的原位校准问题。提出并建立了实现原位校准自动化的原理和方法。在建立和分析用于原位校准的加载系统的力学模型基础上,推导出了原位校准加载系统作用力的数学表达式,分析了影响作用力的因素,为原位校准中进行作用力的准确控制奠定了力学和数学基础。据此,运用自动控制理论提出并分析了实现加载系统工作自动化和数据采集自动化的方法,介绍了作者研制的实现原位校准自动化的装置工作的原理及其应用。提出和论述的原位自动校准方法与装置适用于所有喷气动力发动机推力测量的原位校准。     

薄板的后屈曲损伤分析与疲劳寿命预估

针对薄板在面内压缩载荷作用下的后屈曲损伤问题进行了研究,并进一步考虑屈曲与疲劳损伤的耦合作用,预估了薄板的疲劳寿命.首先建立了薄板的有限元模型,通过线性屈曲分析得到屈曲临界载荷和屈曲模态,进而采用大变形理论,将线性屈曲的一阶屈曲模态作为初始位移扰动,进行薄板的非线性屈曲分析,得到屈曲临界载荷.其次,根据损伤力学理论与方法建立了薄板材料在单次加载过程中的损伤演化方程,并根据材料疲劳试验结果进行参数识别,获取损伤演化参数.根据非线性屈曲分析结果和损伤演化方程进行了后屈曲损伤分析.最后,考虑疲劳载荷的作用,基于损伤力学理论,采用有限元数值方法求解,考虑每次加载引起的损伤与后屈曲应力应变场分析的耦合作用,通过反复迭代计算,给出了结构疲劳寿命.本研究为工程结构的后屈曲损伤分析以及考虑后屈曲损伤的疲劳寿命分析提供了一种新方法和实现手段.      

力同轴度自动检测技术研究

叙述力同轴度自动检测技术:基本假设、计算模型的建立及数据处理方法.根据计算模型设计了自动测量系统,用3支光栅式引伸计和数据转换器,能直接实时测量力同轴度和偏心方向,不仅具有很好的适用性,还具有一定的工程应用前景.     

激光焊接带口盖加筋壁板剪切性能分析

针对双光束激光焊接带口盖加筋壁板开展了剪切稳定性试验,分析了带口盖加筋壁板在受剪状态下的屈曲载荷、屈曲形式、后屈曲承载能力及破坏形式。建立了壁板与剪切夹具的有限元模型,对壁板的剪切失稳形式及后屈曲承载能力进行仿真计算,并探究了口盖对加筋壁板的承载能力、应力变化及面外变形的影响。结果表明:带口盖加筋壁板在剪切状态下,当屈曲比达到1.95时,加筋壁板进入后屈曲,最终破坏载荷约为屈曲载荷的2.98倍。仿真与试验得到的载荷-位移曲线较为吻合,有限元法得到的屈曲载荷和破坏载荷与试验平均值误差分别为8.7%、1.02%。开口壁板的承载能力及刚度均下降,螺栓紧固口盖对加筋壁板的应力与面外变形影响较大。