基于SFEM的SRM纤维缠绕结构的可靠性分析

采用纽曼级数展开的蒙特卡罗随机有限元方法(SFEM),分析了固体火箭发动机(SRM)复合材料缠绕的燃烧室在内压正态变化下的应力响应,然后利用应力强度干涉原理分析计算其可靠性.     

SRM 纤维缠绕壳体的蒙特卡罗随机有限元分析

采用蒙特卡罗随机有限元方法，结合复合材料壳体力学、纤维缠绕理论等知识，分析了固体火箭发动机纤维缠绕壳体在燃气内压随机变化作用下的应力响应，绘出应力分布曲线，为固体火箭发动机结构可靠性评估奠定基础。     

蒙特卡罗法在概率损伤容限分析中的应用

概述了蒙特卡罗法的一般原理，采用了一种新的伪随机数产生方法并进行了相关检验，然后结合概率损伤容限介绍了相关应用，讨论了随机变量的分布形式对于可靠性评定的影响。研究了基于蒙特卡罗法的随机裂纹扩展计算方法，用以计算含裂纹结构的可靠性，通过算例证明了其可行性。与传统方法相比较，该方法具有简明易用的特点。     

纤维缠绕结构的一种可靠性优化设计方法研究

将纽曼级数展开的蒙特卡罗随机有限元应用于具有随机因素的纤维缠绕结构的应力求解;然后利用蒙特卡罗直接比较法和蔡希布（Ｔｓａｉ－Ｈｉｌｌ）失效判据给出该结构的可靠性算式,最后建立了此类结构的可靠性优化设计迭代法,并给出了一算例。     

离子束加工中工件吸收热功率分析与建模研究

利用束流修正理论和蒙特卡罗模拟法对离子束加工中某一工艺参数下工件吸收的功率进行理论建模,然后采用测温实验对理论模型进行验证.设计实验时,利用有限元仿真确定了一种合理的轰击靶材铜,简化了实验并且方便了计算.     

有限元的OpenMp并行计算技术

传统有限元串行计算技术耗时长、效率低,已远远不能满足工程实践需要。通过分析串行计算的耗时分布、程序可并行性及数据相关性,在保持串行程序不变的基础上,采用基于多线程的OpenMP技术实现单元刚度矩阵形成总体刚度矩阵的程序并行化。针对有限元计算机翼实例进行了不同线程数目下并行加速比的研究,结果表明,OpenMP技术可有效提高有限元计算效率,且存在一个最佳的线程数,使得并行加速比达到最大,此外加速比还与问题的计算量等因素有关。     

有限元模型对双转子系统临界转速计算结果的影响

利用ANSYS分别对同一双转子系统建立一维、二维和三维有限元模型.用该软件自带的参数化编程语言(APDL)编制这3种有限元模型的临界转速计算程序,分别求出这3种模型对应的临界转速和主振型.把计算的结果与传递矩阵法求得的结果进行对比,通过对比发现,一维模型与传递矩阵法的计算结果较吻合,二维模型与三维模型的计算结果较吻合.结果表明合理建立有限元模型对计算转子系统的动力学特性具有重要意义.     

三维正交机织复合材料单胞特征单元及其应用

 基于三维正交机织复合材料,提出了一种特征单元均匀化分析方法。用“特征单元”来表示能够反映单胞的几何构造细节和材料构造细节的单元。首先用一般有限元方法对三维正交机织复合材料单胞进行分析得到总体刚度矩阵,利用该矩阵的特征向量建立了单胞的特征单元。通过比较特征单元的刚度矩阵元素和利用传统均匀化方法得到的刚度矩阵元素,说明了特征单元能够反应单胞的几何构造和材料构造细节。为了验证特征单元的有效性,分别用特征单元、传统均匀化方法和一般有限元方法计算了三维正交机织复合材料梁的固有频率,结果表明特征单元精度比传统均匀化方法高,而计算量比一般有限元方法大幅度降低。     

斜齿轮齿面柔度矩阵与修形的有限元计算

提出了一套斜齿轮修形用的有限元计算程序。该程序自动生成轮齿有限元网格和齿面接触线, 计算得到接触线上结点的柔度矩阵;然后考虑支承结构与齿轮的综合变形, 由数学规划获得最佳齿面修形。计算与实验结果对比证明该程序操作简便、计算精度高, 具有工程应用价值。      

基于导波-高斯混合模型蒙特卡罗迁移度量的结构损伤定量化诊断方法研究

在线准确定量诊断飞行器结构疲劳裂纹损伤对于保证结构安全、降低维护费用具有重要意义，为了提升复杂服役条件环境下结构损伤定量化诊断的可靠性，本文提出了一种导波-高斯混合模型（Gaussian mixture model,GMM）蒙特卡罗迁移度量的损伤定量化诊断方法。首先建立表征结构不同状态下导波特征概率分布的GMM，再通过大数据随机采样的蒙特卡罗方法计算监测状态GMM相对于基准GMM的迁移距离，该方法在避免了复杂积分计算的同时，能够更准确地计算GMM的迁移距离，实现复杂服役条件下损伤扩展的准确定量化追踪诊断。选取重要飞行器耳片连接结构进行了孔边裂纹监测，有效实现了裂纹定量化监测，结果表明，相比传统的最小匹配迁移距离计算方法，本文提出的方法使裂纹定量化精度提高了29%。     

考虑认知不确定性的热防护结构瞬态温度场分析

瞬态温度场不确定性分析对高超声速飞行器热防护设计与评估有着重要的意义。本文考虑材料热物性参数的认知不确定性因素，提出了一种瞬态热传导温度响应的不确定性分析求解方法。首先，通过拉丁超立方抽样获得不确定性参数样本，将样本参数写入有限元计算文件中，用区间来表征参数的认知不确定性。其次，基于蒙特卡罗方法及有限元计算得到结构的不确定性瞬态温度响应曲线集。最后，以波纹夹芯热防护结构为例验证方法的可行性。研究结果表明，当结构有净热量流入时，由材料热物性参数的不确定性引起的瞬态温度响应的不确定性区间不断增大，并且瞬态温度响应的不确定性区间宽度与结构的温度变化具有正相关特点。     

计算斜齿轮弯曲应力的应力影响矩阵法

提出了计算齿轮弯曲应力分布过程的应力影响矩阵法。通过建立齿面柔度矩阵和齿根弯曲应力矩阵, 该方法只需经过一次有限元计算便可获得斜齿轮在整个啮合过程中轮齿弯曲应力三维分布的变化规律。通过对计算结果和斜齿轮弯曲应力测量结果进行比较, 证明本文提出的计算方法不仅具有较高的精度, 而且极大地节省了计算机内存和计算时间。      

固体推进剂药柱泊松比随机粘弹性有限元分析

为了研究泊松比的分布对固体推进剂药柱结构分析的影响，发展了一种地不可压缩材料的粘弹增量有限元方法，进行了泊松比随机粘弹性有限元的研究，要用局部平均方法对随机场进行离散，给出了二阶摄动有限 元变异方程。算例表明，对药桩进行随机模拟，计算效率和精度较高。     

固体推进剂药柱松弛模量随机粘弹性有限元分析

为了研究性能参数的分布对药柱结构完整性的影响，以不可压缩粘弹增量有限元和摄动法为基础，采用局部平均方法对随机场进行离散，发展了一种松弛模量随机粘弹有限元方法，讨论了模量的随机性对结构分析的影响。对药柱进行随机模拟，程序实施简单，计算效率和精度较高。     

复杂异型机匣高效高精度动力学建模及评价方法

为了解决复杂异型机匣模型单元数量大、原始矩阵阶数高导致的动力学计算与后处理困难的问题,提出基于试验模态分析-大规模有限元-子结构缩聚的复杂异型机匣高精度动力学建模及评价方法。以某型直升机主减速器机匣为研究对象,建立该异型构件原始有限元模型并通过模态试验验证模型的有效性,通过分析机匣子结构各阶模态保留主振型,选择模态能量较大处为缩聚点,得到自由度数目大幅减少的缩聚模型,对比验证缩聚前后模态的一致性,并提出一种基于数列相关系数定义的缩聚误差衡量方法,最后利用界面位移协调条件进行子结构耦合,对比整体模型的固有特性以及计算效率。研究结果表明:缩聚矩阵与有限元原始矩阵动力学特性十分接近,固有频率与振型误差均小于4%,且计算时间更短,存储空间占用更少,极大地提高了计算效率。      

用传递矩阵法分析缘板干摩擦阻尼叶片的减振

针对在叶片缘板部位设置干摩擦阻尼块后的叶片减振效果问题,进行理论模型简化后,利用传递矩阵法进行分析计算。为了验证传递矩阵法的计算结果,利用ANSYS有限元程序对缘板干摩擦阻尼叶片减振进行计算。两种计算方法所得结果基本一致,说明适合于链状结构系统的传递矩阵法可以成功应于板状结构系统,且算法与结果均正确。      

基于蒙特卡罗模拟法的航空发动机装配公差分析

讨论了蒙特卡罗法的基本原理,研究了利用蒙特卡罗模拟法进行装配尺寸链公差分析的实现方法,提出了基于蒙特卡罗模拟法的公差分析流程,并以某型航空发动机高压涡轮的一个径向尺寸链为实例进行了计算。计算结果表明：蒙特卡罗模拟法用于公差分析具有可行性,其精度随着模拟次数的增加而提高,在模拟次数达到200000次以上时,其精度已经较高。蒙特卡罗法作为一种统计分析方法,同时适用于线性和非线性尺寸链。     

机翼和翼身融合体跨音速绕流有限元算法的研究

从全速位方程出发研究了机翼和翼身融合体跨音速绕流的有限元算法。给出适用于有限元法和复杂外形的块结构网格生成技术和使单元系数矩阵积分数目减少2/3的方法;并发展了一种内存量少的总体系数矩阵存贮方式。为了提高有限元离散方程组解的精度和加速收敛,提出α—GMRES算法代替传统全速位方程有限元解法中所习用收敛慢的线松弛迭代解法。通过机翼和翼身融合体实例考核,效果是好的,为飞行器先进气动布局的数值计算提供了一种新的有效算法。     

涡轮叶片模态实测阻尼比的有限元应用

为了更加精确地通过有限元来模拟涡轮叶片的谐响应特性,剖析了有限元分析中阻尼矩阵的构建方法,并且选定了适用于真实涡轮叶片设计的阻尼矩阵模型.在进行涡轮叶片有限元谐响应计算时,以模态测试得的阻尼比为基本参数,建立构建阻尼矩阵的方法,该方法能处理具有单独共振频率或具有临近共振频率的振动问题.通过模拟涡轮叶片的响应试验,测得了试验系统的阻尼比及模拟涡轮叶片的位移响应.根据测得的系统阻尼比,运用构建阻尼矩阵的方法,对具有单独共振频率特征的模拟涡轮叶片进行了谐响应计算,结果显示模拟涡轮叶片的位移响应与试验结果基本一致.运用该方法进行涡轮叶片的谐响应分析可比较精确地得到其谐响应特性.      

基于预处理共轭梯度算法的有限元模型修正方法

在预处理共轭梯度算法的基础上,提出了一种新的有限元模型修正方法。该方法利用有限元模型的特征方程和试验数据的特征方程相互交叉建立模型修正的数学模型,在质量矩阵和刚度矩阵满足正交性条件和特征方程的约束下,然后利用预处理共轭梯度算法修正方程的数值解。通过算例对该方法进行数值验证,并与其他方法进行了比较,结果表明计算方法提高了模型修正精度,收敛速度快,合理、可行。