分析计算航天飞机气动系数的边界元局部方法

空间运载工具设计阶段为分析比较不同外形高超音速各流动领域的性能,广泛应用局部方法。在其原始形式下,形状函数计算繁复,并限于简单几何外形组成的轴对称体。用边界元局部方法进行形状函数计算,可免去原局部方法面积分的繁复和藉助表格的局限。对STS-1轨道飞行器外形进行计算得到丁形状函数,并根据实验数据确定领域系数。由此计算出飞行器的法向力、轴向力和俯仰力矩系数,计算结果与实验数据相符。     

用有限元法分析接触问题的一种新的力学模型及计算方法

阐明了用有限元法计算物体接触问题的一种新的力学模型:主动接触体网格中一个节点与被动接触体单元中任意点相接触的模型,放弃了过去常用的节点对模型,为网格划分带来了便利。在这种模型下,给出了粘式、摩擦滑移、开式等接触边界条件。按照修正势能原理导出了对称的接触控制方程,可求解接触体具有非线性的静态/动态的接触问题。本文给出了在一次求解迭代后判断各节点新的接触状态的方法,可进一步决定是否和如何修改接触控制方程。      

激光激发单模兰姆波的有限元模拟

针对激光超声技术中如何提高超声信号强度的问题,建立激光作用在铝板材料中激发超声波的理论模型,采用有限元方法对环状阵列激光源激发的超声波进行数值模拟.通过调节环状激发源的个数及间距,优化加载模型,得到了超声信号强度和信噪比均较高的加载模型结构.并利用FFT变换提取出超声信号的频率,计算出超声兰姆波波包的群速度.结果表明,该加载模型下激发的超声模式为能量高、频散小、且在整个板内部均有一定振动能量的A0模式兰姆波.这一结果可对激光超声无损检测中激发光源的选择和模式优化有一定参考价值.     

可重复使用运载器舵轴裂纹扩展寿命分析

针对可重复使用运载器舵轴中应用的30CrMnSiA及0Cr17Ni4Cu4Nb两种典型材料,开展了裂纹扩展速率测试,确定了其裂纹扩展参数;基于扩展有限元方法,建立了30CrMnSiA及0Cr17Ni4Cu4Nb两种材料平板结构的裂纹扩展寿命预测模型,预测结果与试验结果吻合良好。建立了含初始1mm裂纹的重复使用运载器舵轴裂纹扩展模型,确定了其裂纹扩展寿命,分析模型和结果可用于指导该类结构的损伤容限设计。     

基于解耦计算的多步快速成形有限元法

钣金零件是构成飞机机体和汽车车身的重要零部件。为缩短钣金件的生产周期,将有限元法用于零件设计初期评估零件的可制造性。为提高现有板料成形有限元法的计算效率,同时保证模拟精度,在一步快速成形有限元法的理论基础上,研究多步快速成形有限元法,通过引入中间构形的方式来考虑板料成形过程中加载路径与变形历史的影响。中间构形的构造是多步快速成形有限元法的关键,采用解耦思想将中间构形分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的过程进行计算。在弯曲变形阶段,不考虑材料的流动,根据板料与模具之间的位置关系计算获得滑移约束面;在拉伸变形阶段,材料的流动限制在滑移约束面上,通过应力平衡迭代以及节点修正后获得中间构形。以典型的钣金零件为例进行成形模拟,与现有商业有限元软件在计算精度和效率上进行对比,验证了该算法的可行性和有效性。结果表明,所提出的算法能够快速地构造出合理的中间构形,且能够准确地预测零件的成形性和厚度分布。     

柔性铰链放大式超磁致伸缩致动器磁弹耦合模型

针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二次畴转模型建立了柔性铰链放大式GMA的磁弹耦合模型,并在软件AMESim&Simulink联合仿真环境中进行了数值仿真.制作了柔性铰链放大式GMA样机,对其进行了动态性能实验,仿真和实验表明:经过放大,柔性铰链放大式GMA输出位移可以达到0.4mm;频带宽超过100Hz;所建立的磁弹耦合模型是有效的.      

小直径杆式应变天平轴向力元件设计问题的探讨

在小直径风洞中由于模型尺寸的限制,飞行器的全弹(箭)测力试验必须使用内置小直径杆式天平,其直径往往小于20mmm.横向布置的轴向力元件显著降低了天平的局部刚度,致使轴向力元件的尺寸、相对位置和结构形式共同决定了干扰输出特性.在给出了FD-07风洞使用的两支Φ20mm杆式应变天平静校结果中的轴向力分量干扰输出情况后,通过有限元计算结果分析了造成两支天平轴向力单元干扰输出差别悬殊的原因,指出了真实边界条件对轴向力测量元件设计的显著影响.针对小直径杆式天平提出了降低轴向力单元干扰输出的既简单又有效的两种设计方法.     

低速风洞全模TPS试验空气桥的设计与优化

TPS试验技术是目前风洞试验中最先进的涡扇发动机模拟技术,空气桥是TPS试验技术的关键技术之一.介绍了低速全模TPS试验空气桥的设计.通过有限元数值模拟对空气桥关键受力梁进行了优化设计,并进一步对空气桥进行了整体优化,掌握了关键参数影响空气桥性能的规律.综合考虑模型内部空间、内部设备及空气桥的技术要求,完成了空气桥的设计,优化后空气桥对天平测力的影响较小,且同时具有较好的克服高压空气的内力、温度效应的能力.试验结果表明,空气桥性能满足TPS试验的要求.