混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

应用幂变换法构造低周疲劳寿命预测的幂指函数模型

以GH4049合金低周疲劳数据分析为例,以数据残差检验为基础,说明应用Manson-Coffin方程时普遍存在的问题.从塑性应变幅与疲劳失效反向数在双对数坐标系下的二次曲线特征及残差稳定化角度考虑,基于幂变换方法构造了低周疲劳寿命预测的幂指函数模型,来改善残差图性态及模型预测精度.给出了13种材料的幂变换指数p值及模型寿命预测能力对比结果.分析表明:幂指函数模型对低周疲劳寿命预测结果分散带均在2倍因子以内,具有良好的精度.Manson-Coffin方程实际是幂指函数模型在双对数坐标系下的一阶线性近似,这是幂指函数模型寿命预测精度较高的原因.     

基于离散曲率计算的三角网格模型优化调整

采用面积夹角加权的三角网格模型顶点法矢及三角片质心权值对Taubin的三角网格模型离散曲率计算方法进行了改进,在此基础上提出了一种新的三角网格模型优化调整方法。用该方法调整三角网格模型,在模型上曲率变化较平缓的平坦区域及曲率变化较剧烈的特征区域都能取得较好的调整效果。     

基于近似技术的高亚声速运输机机翼气动/结构优化设计

探索基于近似技术的高亚声速运输机机翼气动/结构多学科设计优化方法,建立了基于近似技术的多学科设计优化框架。气动学科采用全速势方程加黏性修正进行翼身组合体跨声速流动的气动计算,结构学科采用有限元分析方法进行应力与变形计算。采用均匀设计法给出若干样本点,分别采用二次响应面、Kriging模型和径向基神经网络等多种近似技术,构造气动学科和结构学科的近似分析模型,并对几种近似模型精度进行了分析和比较。研究发现,Kriging模型和二次响应面具有几乎等同的较高的近似精度,神经网络的近似精度则较差,由于二次响应面计算量更小,故最终选定为机翼设计优化的近似方法。以升阻比和结构重量为目标,考虑升力、机翼面积以及应力和应变约束条件,对运输机机翼4个外形参数和4个结构参数进行多目标、多约束优化设计。优化后的机翼具有较好的气动/结构综合性能,表明本文方法是可行的。     

利用恢复系数预报梁结构弹性正碰载荷的两种有效近似法

对于小球撞击欧拉－贝努利梁问题,应用撞击力模型,给出预报撞击力的两种方法。方法1基于位移协调方程,分别考虑碰撞发生阶段结束和恢复阶段结束两个时刻的位移协调方程。方法2基于梁的动力微分方程,利用撞击系统的动量守恒原理和恢复系数概念。两种方法均得到撞击过程中撞击力随时间变化的曲线。分析结果与已有结果进行比较,结果符合较好。其中方法1大幅简化计算量,可推广到小球与板撞击问题中去;方法2能够较好地描述撞击力,同时可分析各种因素对接触撞击力的影响。     

基于小波变换的非平稳信号趋势项剔除方法

分析了空间飞行器遥测信号处理传统趋势项剔除方法的优势和不足,提出了基于小波变换的非平稳信号趋势项剔除方法。这种方法通过滤波器组将信号分解与重构,实现趋向性信号与零均值平稳随机信号的分离。仿真实验表明,该方法简单、高效,适用于非平稳随机信号的处理,是一种实用的趋势项剔除方法。     

飞机整体结构件加工变形的有限元模拟与试验研究

在模拟淬火、拉伸过程获得含有初始残余应力的预拉伸板材以及模拟单齿切削过程获得切削载荷的基础上,提出并采用接力算法,对一航空整体结构件的材料铣削过程进行有限元仿真,同时进行了试验研究.结果表明,有限元模拟的整体结构件的变形与试验具有一致性,从而证明提出的整体结构件加工仿真关键技术的可行性,避免了为研究加工变形而进行的繁琐的试错法.     

缝合复合材料弹性常数细观力学模型的分析比较

对近几年来公开发表的缝合复合材料弹性常数的细观力学模型进行了分析比较。通过计算对比了铺层纤维面内弯折、正弦波状弯曲、多项式描述纤维弯曲三个典型的缝合复合材料弹性常数的细观力学分析模型。结果表明,采用面内纤维弯折假设的弹性常数分析模型对缝纫参数的改变不敏感;采用面内纤维弯曲假设的模型对缝纫参数改变敏感,不同模型得到的弹性常数随缝纫参数变化趋势几乎是相同的。但是,假设纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲比假设纤维全部发生弯曲得到的结论更合理。     

星用非金属材料出气模型的应用

卫星上所用非金属材料，在空间真空环境下存在出气行为，产生污染效应。为了研究这种出气行为，本文以扩散理论为理论依据，推导材料出气模型。利用空间分子污染气体分析仪，测试了星用非金属材料的出气速率变化，对所测数据进行曲线拟合，通过试验和理论分析，证实了模型推导的正确性，结果表明：经过6h的真空加热预处理能够有效减少出气污染。     

飞行器敏感系统在轨分子污染沾染量预估方法研究

空间环境下，材料出气引起的分子污染效应是影响飞行器寿命和可靠性的重要因素之一。本文就材料出气分子经历的出气、在空间的传播输运和沉积三个过程及有诸多污染出气源存在时，对敏感表面沉积量的影响等进行了研究。建立了针对飞行器敏感系统功能表面在轨分子污染沾染量的预估模型。并利用该理论模型，结合相机镜头结构和空间环境的使用条件，模拟计算其镜头表面在轨飞行期间的分子污染物沾染量随时间变化的结果，同时理论计算结果结合试验测试数据评估相机镜头的在轨使用业绩。结果表明，镜头由于分子污染物沉积引起光学透过率的衰减达30％以上。所得到的结论对完善飞行器的防污染设计，提高飞行器在轨期间安全和性能保障具有重要的参考意义。