基于有限元网格变形的飞机外形曲面修改

根据变形后的有限元模型修改原始的飞机外形,从而自动得到变形以后的产品模型.考虑到有限元网格与原始曲面之间的误差及细小特征上的差别,本文采用两种方法来重新生成产品的曲面:(1)通过有限元网格节点的变形直接修改原始曲面,(2)考虑原始曲面与初始有限元模型的误差直接对变形后的有限元网格进行曲面的重构.实例表明重构以后的模型具有良好的外形,能有效地恢复有限元网格中忽略掉的特征,同时曲面之间的拓扑结构能够与原始模型保持一致.     

基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析

在旋翼气动弹性耦合（CFD/CSD）分析中引入弹簧系统网格变形方法,建立了一套适合于旋翼气动载荷分析的CFD/CSD耦合方法。为了解决CFD/CSD耦合中关键的网格变形问题,旋翼桨叶贴体网格变形采用基于“ball-vertex” 弹簧系统的动态网格方法,通过添加冗余约束,避免了畸形网格单元的产生。旋翼流场计算采用基于Navier-Stokes(N-S)方程的CFD模块,对基于运动嵌套网格 的空间流场进行求解,湍流模型采用B-L模型。结构分析采用基于中等变形梁理论的CSD模块,基于Hamilton变分原理建立旋翼桨叶动力学方程。首先对振荡NACA0012翼型的流场进行了求解,验证了网格变形模块和CFD模块的有效性,然后采用UH-60A直升机旋翼作为算例对结构动力学模块进行数值验证。在此基础上,计算了UH-60A直升机旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动载荷,并与飞行测试数据进行了对比。计算结果表明,文中的弹簧系统网格变形方 法可以有效地用于旋翼CFD/CSD耦合计算分析,提高了旋翼气弹载荷的预测精度。     

直接操作FFD的牙齿修复冠变形设计

提出了在约束条件下基于直接操作自由曲面变形修复冠的变形设计方法,完全以患者口腔内的约束条件为基础,通过对特征位置增加、修改、删除约束点和载荷点,再对上述点施加拉伸和压缩,从而获得适合的牙冠修复模型。最后,通过一个牙冠修复体变形设计的例子,说明该方法的有效性。     

曲面三角网格模型参数化

提出了一种新的曲面三角网格模型参数化算法——加权最小二乘离散参数化方法 ( WLSDP)。该算法通过将空间数据点映射到平面凸区域 ,实现曲面三角模型参数化。它是离散保角映射 ( DCM)与离散保积映射( DAM)的线性组合 ,兼有二者的优点 ,如鲁棒性与低变形。用户通过调整该算法中的比例因子 q,可以得到满足不同特定问题要求的参数化结果     

飞机外形件三角网格模型光滑B样条曲面重建

综合考虑曲面重建时的拟合精度、曲面片拼接处的连续性和曲面的光顺性等因素,以三角网格模型的双三次B样条曲面重建为例,研究了飞机外形件三角网格模型的分片光滑B样条曲面重建方法。该方法首先采用最小二乘法逼近散乱数据,初步获得分片B样条曲面;然后将光顺准则加权到最小二乘函数中调节曲面光顺程度;最后运用罚函数法保证曲面片边界近似G1连续。将该方法应用于飞机外形件实测数据的曲面重建,误差分析结果验证了方法的有效性。     

用能量优化法选取细分网格顶点

分析了混合曲面初始细分网格的特点,将网格线进行分类。在这一基础上．利用曲面光顺的网格能量法,给出了计算网格顶点的优化模型。针对优化模型的特征,优先计算网格中的关键点,并把优化模型转化为线性方程组求解。这个计算网格顶点的方法实现了初始细分网格中顶点选取的自动化。实验表明,用文中方法选出的顶点能使混合曲面具有良好的光顺性,且有较高的计算效率。     

含压电传感器和驱动器的复合材料中厚板有限元分析

基于变分原理和一阶剪切理论，本建立了一种新的机电耦合矩形有限单元．该单元具有四个节点20个位移自由度．电自由度为单元中的压电铺层层数。通过静态控制方程推得的旋转位移表达式中含有横向位移的三次导数．从而该单元不仅能分析薄板的变形．而且还能分析中厚板在电载荷和外力载荷作用下的变形。然后．根据所建立的有限单元．结合相关方程．编写了有限元分析程序并对一些算例进行了数值模拟．通过将所得结果与有关献的结果进行对比．验证了本单元的有效性。最后对压电非均衡复合材料在电载荷作用下的变形进行了分析。结果表明．当复合材料中正的铺层角和对应的负铺层角的厚度比改变时。在相同电载荷作用下对结构的变形有较大的影响。     

大展弦比复合材料机翼气动剪裁设计新方法研究

根据机翼气动载荷和机翼弹性变形之间存在的关系,以机翼的总升力不变和结构强度作为约束条件,提出一种新的气动/结构耦合的刚度设计方法。该方法首先通过数值实验设计研究机翼扭转变形和弯曲变形对机翼气动载荷的影响,并用主成分回归方法构建了机翼变形和气动载荷之间的响应面模型。然后以该模型为基础,构建气动/结构一体化设计模型,此模型仅考虑强度约束和总升力不变的要求,放弃了传统优化设计模型中的挠度和扭转约束。通过2种优化模型的对比,说明应用该方法设计出的机翼结构,重量减轻1.23%,机翼总体扭转变形减小33%,刚度设计更为合理。     

基于平方距离极小化方法用C-C细分曲面拟合三角网格

基于平方距离极小化方法(SDM),给出了用C-C细分曲面重构有特征的、任意拓扑三角网格模型的算法.首先识别特征并结合人工交互的方式在初始网格上进行四边域划分,然后直接在域面上对数据点进行近似参数化和分区,以域顶点为顶点构造初始控制网格.建立局部坐标系并优化每个数据点的参数值,基于SDM建立拟合方程.循环进行控制顶点的反求和待拟合数据点的参数校正,直至达到给定的误差要求.与传统的最小二乘法拟合(LSQ)相比,本文方法的逼近精度(二阶逼近)要高得多.     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小,以结构强度及作动器性态作为约束条件,以作动器电压作为控制变量,建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析,利用线性压电学原理,导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果,实例表明该方法在保证强度的同时,能有效控制结构的节点位移,并可处理任意工况多位移要求的情况,这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程。分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于Oliver-Pharr法,预测了纳米硬度值和弹性模量。研究数据表明:纳米硬度值随着压头直径的增加而减小,呈现出明显的压头尺寸效应;当压头直径达到或超过80时纳米硬度值趋于稳定值,即压头尺寸效应消失。同时表明弹性模量不存在尺寸效应。表明材料的弹性模量本质上仅依赖原子间的结合能,而和压头尺寸基本无关。     

考虑剪切变形时轴向载荷联合作用下压杆屈曲

在考虑剪切变形对压杆弹性屈曲影响的基础上,采用摄动法研究了压杆在轴向压力和轴向均布、载荷联合作用下的弹性屈曲问题,推导出了压杆弹性屈曲模态函数和屈曲载荷的特征方程,并讨论分析了剪切变形、轴向压力、轴向均布载荷对压杆屈曲的影响。算例分析表明,摄动法计算的结果与Bessel函数法计算的结果相差较小,剪切变形对压杆在轴向压力和轴向均布载荷联合作用下发生弹性屈曲影响不大。     

钛合金缺口试样拉伸破坏载荷预测

针对航空发动机轮盘常用钛合金材料,开展了常温和高温下光滑和缺口试样的拉伸变形和断裂行为试验研究,建立了其大变形本构模型。基于该本构模型,利用大变形有限元分析,计算获得缺口试样的载荷-位移曲线。将该曲线最高点对应的载荷确定为试样的拉伸破坏载荷,并与试验进行对比。结果表明理论预测与试验吻合较好,从而验证了所提出的拉伸破坏载荷预测方法的有效性。     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的变形特性分析

应用面元法和有限法建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的流固耦合分析方法。数值仿真结果表明:位于变形后缘上表面的柔性蒙皮在气动载荷作用下将被"吸"成鼓包形状,且这个局部变形对翼型后缘部分的压力分布具有很大影响。在此基础上,研究了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形随其弹性模量、厚度和初始预应变的变化规律。可以得出,柔性蒙皮的变形量随着翼型后缘偏角的增加而先增大后减小,并不是随着后缘偏角的增加而增大;增加蒙皮的厚度可以减少柔性蒙皮的最小弹性模量和最小拉伸刚度,但蒙皮的厚度受限于机翼的结构空间;满足Jacobs形变准则的蒙皮最小拉伸刚度随着蒙皮预应变的增加而降低。     

飞翼无人机低速着陆状态抖振响应研究

基于RANS方程和SST湍流模型,采用飞翼无人机升力系数判据、俯仰力矩判据和表面极限流判据等对抖振始发迎角度进行了预测估计。基于较为详细的结构模型和气动模型,构造了结构与气动的耦合求解技术,同时采用弹簧近似光滑和局部重构组合方法对气动的动网格技术进行更新;然后分别在时频域内分析了飞翼无人机的抖振载荷响应。研究结果表明:基于CFD的RANS方程、SST湍流模型及各类判据预计刚性飞翼无人机在低速大迎角状态下的抖振始发迎角可以得到较为合理的结果;采用升力系数判据、俯仰力矩系数判据预测的抖振始发迎角与表面极限流判据预测的始发迎角相比要保守一些;而表面极限流判据方法能给出翼面气流流动的细节,采用此判据可以分析对比不同迎角下的翼面气流流动变化情况;与气动弹性及嗡鸣响应相比,抖振是一种强迫振动,其响应频率并不单一。     

分布传递函数方法的梁杆几何非线性分析

本文提出了一种基于动坐标的、适用于梁大变形分析的传递函数方法，在本方法中，一个复杂系统被分为若干一维子系统，各子系统根据梁的有限变形理论进行推导，推导中把轴力看作子系统的参数，引入状态向量后，可以将子系统的控制方程改写为含参状态空间的形式，然后利用传递函数方法求解，系统的合成借鉴了有限元的处理方法，引入了动坐标关系，使方法可以用于对大变形的分析。文后给出了算例表明本文方法有很高的精度和很好的收敛性。     

圆环压缩的刚塑性有限元分析与应用

本文采用刚塑性有限元法分析圆环压缩,并与上限法分析和试验结果进行比较。结果表明,采用这种方法可以计算标定曲线,计算各种润滑剂的摩擦因素和压缩状态下材料的应力应变曲线,模拟圆环的变形和摩擦面的正压力分布。 本文还通过试验,求得四种高温润滑的摩擦因素和Ti-6Al-4V在不同条件下的应力应变曲线。     

基于矩阵误差的流动自适应求解

为了构造一个网格沿流场特征方向进行分布,以保证整个流场的误差尽量均匀化的网格系统,本文对可压缩流动的自适应求解进行了研究.研究内容包括基于误差矩阵的流场特征探测方法和网格自适应方法.网格自适应方法包含网格移动、网格加密、网格稀疏以及这3种方法的混合.基于误差矩阵的流场探测方法能找到流场特征的主方向, 通过网格自适应使得网格按主方向进行分布,可以减少该区域的误差而得到高精度的解.以边为单位能使得该流场的误差尽可能均匀化.本文以捕捉激波为例,对该方法的过程及应用进行了描述,结果验证了该方法的可靠性.     

压电圆浅球壳非线性微分求积单元法分析(英文)

用微分求积单元法分析了压电圆浅球壳在外加电压和外载作用下的非线性静力特性 ,首次给出了详细的公式和求解过程 ,并分析了几个典型算例 ,得到了非常精确的结果。基于本文的研究结果可以得出以下的几点结论 :微分求积单元法是一种有用的数值分析方法 ;压电圆浅球壳的几何形状理论上可以被控制 ;对于某些几何形状的压电圆浅球壳 ,当外加电压达到临界值时 ,即使没有外加载荷跳跃失稳也会发生。