Determining effects of impact loading on residual strength of fiber-metal laminates with grid-characteristic numerical method

The Grid-Characteristic numerical Method (GCM) that is quite common in solving aero and hydrodynamic problems can also be applied for mechanics of solids. It allows to implement complex border and contact conditions, including the non-reflecting border and the destructible contact. Both this conditions are very important for the precise and effective modeling of Low-Velocity Impacts (LVI) on fiber and Fiber-Metal Laminates (FML) and the resulting Barely Visible Impact Damage (BVID) that influences the residual strength of a composite aircraft part. BVID is the type of damage that is not visible by the naked eye and can be hardly detected by a standard ultrasound equipment that is used for regular maintenance. It can appear during any weak impacts like bird strike or hail. Determining its influence on the residual strength of the part is very important to define the priorities of development of ultrasound diagnostics. In this paper, the GCM was applied for a full cycle of loading of an FML aircraft cover part. The FML consisted of a Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) and a single titanium layer on the upper surface. The cycle of loading in a single calculation consisted of an LVI caused by a small striker and a comparatively slow compressive in-plane loading. Three-dimensional patterns of velocity and stress distributions over the time of calculation are given. Destruction patterns, obtained via the Hashin failure criterion are given and analyzed.     

含热诱发扰动的挠性卫星L_1自适应控制

为了揭示挠性帆板的热诱发运动机理及其对卫星本体姿态机动的影响,采用拉格朗日能量法建立了主刚体带挠性梁模型受到突加热流时系统的动力学模型,分析了帆板热诱发运动的特性。假设系统的模型参数未知,设计了L1自适应控制器,仅卫星的姿态角和姿态角速度作为反馈量,将帆板热致振动和变形作为未建模动力学特性,实现卫星考虑帆板热扰动力矩的快速姿态机动控制。数值仿真结果表明,环境温度突然变化引起的帆板运动包括准静态变形和振动两部分,同时引起的姿态误差也包括常值偏差和姿态振动,所设计的控制器在系统考虑热引起的扰动时仍可以有效地实现卫星的快速姿态机动,且系统各阶挠性模态稳定,参数估计收敛。     

自主机动飞网机器人动力学建模与网型保持方法

针对自主机动飞网机器人多系绳编织结构的动力学建模难题,首先提出利用无向图描述飞网机器人的结构,然后依据系绳杨氏模量极大的特点,设计间隙函数和约束反力,基于Hamilton原理建立飞网机器人数学模型,并设计一种基于Lemke算法和龙格库塔积分的解算方法;针对其网型保持问题,设计一种“双层优化伪动态逆内环+变结构控制外环”的控制方法。仿真结果表明,设计的控制器能够有效控制飞网机器人沿指令轨迹运动,并很好保持其网型,避免飞网机器人任务过程的变形和轨道径向移动。     

载人航天器座舱环境控制系统建模与性能分析

文章以航天器座舱大气环境控制系统为研究对象引出了该系统主要部件的数学控制方程,基于建模语言Modelica建立了重用性高、易于扩展和使用高效的环境控制系统模型库,并阐述了基本的建模方法。利用模型库构建了典型的航天器座舱大气环境控制系统,对温湿度控制、供气调压和二氧化碳净化的性能及其控制方法进行仿真分析,提出了主动温湿度综合控制方法。仿真分析结果表明:供气调压、大气净化和温湿度控制之间存在紧密耦合、互相影响的关系;主动温度控制方法虽然适合温湿度控制,但主动温湿度综合控制方法的性能优于前者;航天员活动状态对各分系统有显著影响,设计和运行管理过程中要重点考虑其动态变化。文中所建模型库和分析结论为载人航天器座舱大气环境控制系统设计改进和运行管理提供了有效的工具及方法 。     

粗糙表面接触刚度模型的研究进展

航空发动机结构存在许多机械结合面,这些结合面间的接触在微观尺度上是各粗糙峰的接触,而由粗糙峰接触所产生的接触刚度具有随机性,开展粗糙表面接触刚度模型研究,对有效分析发动机部件和整机结构的动力特性及其稳定性与可靠性至关重要。主要从统计学和分形理论两方面归纳了粗糙表面接触刚度模型的建模方法。基于统计学的粗糙表面接触刚度模型描述简单明了,且能极大程度缩短求解过程;利用分形理论所描述的物体形貌特征不受空间的束缚,更接近客观物体的真实属性与状态。重点对接触刚度的计算过程进行了详细阐述。研究表明,目前粗糙表面接触刚度模型主要采用统计学描述与分形描述的解析模型,统计学描述接触刚度模型日渐成熟与完善,分形接触刚度模型能定量表达总的接触刚度与粗糙度的关系。但解析模型未考虑微尺度效应及材料基体变形对微凸体变形的影响,未来对基于纳米级粗糙表面接触刚度模型、考虑基体变形的粗糙表面接触刚度模型进行研究将具有重要意义,考虑微观接触的宏观接触有限元模型可弥补解析模型的不足,将成为研究热点。     

火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上,根据拉直过程中各物体的运动属性,建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体,进入器视为六自由度刚体,伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型,即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段,每个绳段处理为质量集中在端点的三自由度质点,各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对“海盗号”第一次气球发射试验进行了仿真,并与Moog R.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比,验证了该文数学模型的正确性与有效性。     

带移动滑块的太阳帆航天器动力学建模与姿态控制

针对以移动滑块为控制执行机构的太阳帆航天器,基于拉格朗日分析力学建立了航天器—滑块两体系统非线性耦合动力学模型.为简化控制律设计,将控制回路分为内外环,并分别设计控制律.外环以航天器姿态为受控变量,滑块位移为控制输入;内环以滑块位移为受控变量,滑块驱动力为控制输入.最终将控制律代入系统原非线性模型,以行星际太阳帆航天器姿态控制任务为例进行数值仿真.仿真结果表明,以移动滑块为执行机构,采用所设计控制律,可以实现太阳帆航天器快速姿态调整及长期姿态保持.     

静止轨道卫星通信资源-任务匹配分析与建模研究

针对相对有限的静止轨道卫星通信资源与不断增多的通信任务需求之间的矛盾日益突出的问题,通过分析静止轨道卫星通信的特点和工作过程,研究提出了多卫星、多任务通信环境背景下,静止轨道卫星通信资源-任务匹配的约束规则,建立优化调度的目标函数,构建静止轨道卫星通信资源-任务匹配问题的模型,给出解决该问题的基本思路,并进行了实际仿真.为探索静止轨道卫星通信资源的调度管理方法提供了理论依据和基础支撑.     

Pro/ENGINEER在键盘的模具设计与分析中的应用

论文阐述了利用Pro/ENGINEER强大的曲面造型功能实现了键盘的造型设计,以及其在模具型腔的产生与模流分析中的独特优势.     

六轮月球探测车运动学建模与分析

从运动特性上看，六轮月球探测车是复杂的多路闭链系统。完整的六轮月球探测车运动学模型应考虑所有车轮与地面的相互运动关系以及滑移的影响。现对滑移条件下的六轮月球探测车进行了运动学建模与分析。根据六轮摇臂式月球探测车的结构特点，以闭链坐标变换和瞬时重合坐标法为基本工具，详细推导了六轮探测车的正、逆运动学模型，分析了相关的运动学特性。所建立的运动学方程直接基于任意三维地形环境。在运动学建模与分析中，将车轮的各项滑移全部单独提取出来考虑，给出了滑移量的估算方法，提出了利用滑移估算值对闭环运动粹制讲行修讵的方法．该研究结果为六轮月球探测车的结构分析与运动控制提供了有力的基础。