框架式复材成型模具轻量化设计方法

基于Abaqus软件简化框架式复材成型模具三维模型,分别采用实体单元与壳单元建立有限元模型,并分析模具在支撑、铺贴、吊装等典型工况下的应力水平、变形量,结果显示两种模型分析差值较小,能够使用壳单元代替实体单元进行模具的轻量化设计。基于壳单元,利用Abaqus的尺寸优化模块,以隔板厚度为设计变量进行模具轻量化设计,确定合适的隔板厚度尺寸。     

固体火箭发动机椭球封头的受力分析与结构强度

本文从薄膜理论出发,引出了封头椭球壳的应力和位移公式,分析了椭球此对封头强度和位移的影响并给出了选用的范围。同时给出了燃烧室前裙与筒体连接以及椭球顶盖与圆筒座连接的有矩位移公式,讨论了封头与燃烧室在其连接部位由于可能存在的曲率不连续,壁厚不连续,切线不连续和载荷不连续等引起的弯曲效应对产品造成的危害,指出设计中应注意到边缘效应的衰减性。对于在结构上受限制而不能选用最佳椭球比和未能使边缘效应满足衰减条件时,提出了几种相应的补强、限位措施。     

四氧化三铁／导电聚苯胺纳米核-壳复合材料吸波性能预测

从经典的Maxwell-Garnett公式出发,在考虑颗粒间相互作用的情况下,推导具有核-壳结构的四氧化三铁/导电聚苯胺球形填料复合体系的等效电磁参数的计算公式。数值分析结果表明,随着填料占空比的增加,表征颗粒周围媒质的磁导率μh的值越大,并且随频率的下降速度比低占空比的情况缓慢。在核壳比不同的情况下,复合材料的等效电磁参数产生超交换作用的电磁耦合共振现象,从而使2mm厚的吸波涂层在填料核壳比为0.6时的吸波效能达到最大,并随着填料占空比的增加,反射率的峰值增大且向低频处移动。优化结果表明,占空比为0.3时的四层吸波复合结构具有最佳的吸波效能,其反射率的最小值达到-62dB。     

通信收发机铝壳组件振动模态分析

研究了机载空地通信系统收发机铝壳组件的振动模态,首先用有限元分析软件建立了实际尺寸的机载空地通信系统收发机铝壳组件分析模型,分析用实体单元采用适应性很强并有退化性的Solid185,材料属性参数采用实际测得的参数值,对模型进行了自由网格划分并开启等级为7的智能分网,根据实际安装尺寸对底部方形安装孔内孔面及其周围一定范围内的节点加载0约束,获得了铝壳组件各振动模态参数,并分析了1阶、2阶、3阶模态的振型情况.根据模态分析结果和实际使用条件,利用约束阻尼结构对机载空地通信系统收发机铝壳组件进行减振设计,测试结果表明:在高频段约束阻尼结构减振效果较好,在中低频段的减振效果稍差,约束阻尼结构的预紧压力大小会明显影响到低频段的减振效果.     

内外双承力框架壳段先进自动铆接装配技术

针对运载火箭箭体结构壳段自动装配技术研究中,研究开发了内外双承力框架等复杂壳段先进自动铆接精细化编程技术;利用机器人高效建模仿真技术、工作区域先进识别技术、路径精细化设计技术.解决了铆接中大量依靠手工操作、产品质量一致性差、装配效率总体偏低、噪声污染严重等问题.     

局部贴敷黏弹性阻尼层圆柱壳振动频率与阻尼有限元分析

在引入黏弹性材料复模量模型和考虑圆柱壳弹性边界的基础上,研发了有限元程序来解决考虑频率依赖性的复合圆柱壳振动频率与阻尼的非线性计算问题。创建了一种4节点24自由度复合壳单元来模拟局部贴敷黏弹性阻尼层圆柱壳的力学行为,推导了单元的刚度及质量矩阵。提出由6个弹簧组组成的周向变刚度弹性约束模型来模拟圆柱壳底部的弹性边界条件。确定了复合圆柱壳的动力学有限元方程,并描述了用特征向量增值法求解其振动频率与阻尼的迭代计算过程。对贴敷ZN-1自由阻尼层圆柱壳进行了实例计算,结果表明：该算法的计算结果与实验测试值误差最大为369%,另外黏弹性材料的频率依赖性对复合结构固有频率影响小于001%,而对模态损耗因子影响最大为10947%。     

短壳绝热面积对液氢贮箱绝热性能影响

基于计算流体动力学(CFD)方法研究了典型5 m直径液氢贮箱在短壳未包裹绝热材料、50%面积及100%面积包裹绝热材料3种情况下对贮箱内液氢蒸发特性的影响。数值计算基于流体体积(VOF)模型计算两相流,基于Lee模型计算气液界面传质率,考虑了短壳包裹泡沫表面及未包裹泡沫的暴露表面结霜对漏热的影响,构建的数值模型及界面传质计算具有清晰的气液界面,准确地捕捉到了液氢液面的变化。结果表明:短壳是液氢贮箱漏热的主要因素,对液氢蒸发率影响起重要作用;相对于短壳未绝热,50%绝热使得液氢贮箱气相平均温度从110 K下降到32 K,绝热面积占比增加到100%时,气相平均温度下降到约23 K,绝热改善效果相对降低;比较短壳绝热面积占比从50%增加到100%与从0增加到50%对相对蒸发率影响,前者差异较小,仅降低24%,而后者差异明显,下降了409%。研究结果指导了液氢贮箱绝热结构的优化设计。     

压电层合板壳的数值分析与控制仿真

从虚功方程出发,推导出具有压电传感器和驱动器的层合板壳的机电耦合动力方程,建立了新的压电固体单元以模拟压电层合结构的力学特性和振动控制。通过引入EAS模式,代替通常采用的增加非协调函数的办法克服模拟薄板时所遇到的过高剪切应变能的缺陷,从而明显减少了内部变量的个数,提高了计算效率;进而在厚度方向上增加一个线性分布的横向应变,克服了用于壳体结构的分析时所遇到的厚度自锁问题;提出了一个新的电势插值函数,大大减少了电自由度的个数,显著降低了数据读取、存储和凝聚电自由度的计算花费。数值算例表明,推导的单元适用于薄壳结构的数值分析,并具有很好的对歪斜网格的适应性。     

复合材料锥壳O°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法:根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片,按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元,多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层;并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造,提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量,降低装备制造成本。