可应用于民机空气动力设计中的数值优化方法

目前民机成功设计的一个关键要素即在设计中有效地引入计算流体力学（CFD）的模拟方法和软件,特别是具有设计能力的方法和工具。本文概要地叙述了反设计、基于CFD低可信度和高可信度模型等数值优化方法的发展和应用于民机设计的历史和现状;简单地介绍了即将举行的空气动力优化设计计算系列研讨会;重点讨论了对可应用于民机设计的基于Navier-Stokes方程解算器的OPTIMAS的数值优化方法的要求及其构造方法,并以翼身组合体整流外形和翼身融合体（BWB）外形的算例表明其有效性,说明OPTIMAS可以成为民机日常设计的方法和工具之一。     

二元进气道夹角对冲压发动机二次燃烧的影响

利用RNG κ-ε湍流模型及单步涡扩散化学反应模型,对采用双侧二元进气道的火箭冲压发动机补燃室内纯气相化学反应流场进行了数值计算,分析了进气道夹角和一次燃气喷嘴结构对冲压发动机燃烧的影响,总结了3种不同燃气喷嘴结构冲压发动机的燃烧效率随进气道夹角的变化规律,为冲压发动机的设计提供参考。     

钢管混凝土柱极限承载力分析的分段合成法

在计算钢管混凝土受压构件弹塑性极限承载力的合成法基础上,提出了一种新的数值计算方法--分段合成法,计算假设仅包括平截面假设和考虑紧箍力影响的钢管混凝土的应力-应变关系,取消了原合成法中对柱变形曲线的假设,积分时不仅需要在截面上划分单元而且还需沿杆长划分单元,因而可考虑柱多个截面的平衡条件.与原合成法相比,该方法不仅适用于轴压构件和两端偏心距相等的偏压构件,而且还适用于两端偏心距不等的偏压构件的弹塑性极限承载力计算.利用提出的方法和程序,计算了圆形截面钢管混凝土轴压长柱、两端偏心距相等的偏压长柱以及两端偏心距不等的偏压长柱的弹塑性极限承载力,理论分析结果与文献中的理论结果和试验结果均吻合良好.     

空间碎片超高速碰撞数值模拟的SPH方法

利用光滑质点动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Whipple防护结构在空间碎片超高速碰撞下的物理过程进行了数值模拟.在数值模拟中,为了充分发挥SPH方法和有限元方法FEM(Finite Element Method)的优点,利用有限元单元和SPH节点混合建模,将有限元单元和SPH节点(SPH nodes)通过定义接触条件相结合,在大变形和飞溅区域采用SPH节点建模,而小变形区域则采用有限元单元建模,从而大大节省求解时间,提高计算效率.计算结果表明,弹丸在穿透前板后,形成二次碎片,碎片云经膨胀和拉长,对后板造成轻微的损伤,这和文献的相关试验数据是符合的.利用SPH方法对空间碎片的超高速碰撞过程进行数值模拟,不仅很好地预测了Whipple防护结构的破坏情况,而且对整个碰撞过程,包括碎片云的形成、膨胀和拉长过程都有形象的描述,符合超高速碰撞的试验测试结果.     

空间高阶差分近似对三维ADI-FDTD数值色散的影响

研究采用空间高阶差分近似的三维交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD,Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain)数值色散问题,首先推导了采用空间高阶差分近似的数值色散迭代公式,分别对最小相速方向和最大相速方向进行二阶、四阶、六阶、十阶空间差分数值色散误差的数值计算和比较,并分析数值色散对空间差分阶数的依赖关系,最后发现在均匀网格中采用四阶空间差分能得到较好的效果.     

屋盖MRD隔震升船机结构模型振动台试验

升船机结构塔柱平台处的刚度突变会引起升船机顶部厂房强烈的地震鞭梢效应,在升船机结构模型上设置屋盖磁流变阻尼器MRD(Magnetorhelogical Damper)隔震系统并进行振动台试验,以验证该系统对控制升船机结构顶部厂房地震鞭梢效应的有效性.设计制作了升船机结构模型和磁流变阻尼器隔震系统,分别进行了原结构模型和屋盖MRD隔震结构模型的振动台试验,并对模型结构的动力特性和振动反应进行了对比分析.试验结果表明:MRD隔震系统改变了模型结构的动力特性,有效地减小了升船机结构模型顶部排架层的层间侧移反应.最后进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,验证了屋盖MRD隔震-升船机结构系统力学模型与数值分析方法的正确性.     

轴向通流旋转盘腔内流动不稳定性研究

为了研究旋转腔内流动不稳定性问题,采用旋转坐标系稳态方程,用数值模拟的方法分析了轴向通流旋转盘腔内的流动,得到了旋转系下哥氏力和离心浮升力分别对流动不稳定的作用,以及这两个力的非线性综合作用对流动不稳定的影响.结果表明:哥氏力是恢复力,不影响流动稳定性;离心浮升力是造成流动不稳定的主要因素,盘腔内的流动是离心力场下的Rayleigh-Benard对流和强迫对流的混合流,随着浮升力的增强流动由稳态发展为非稳态;哥氏力与离心浮升力的综合作用加剧了流动不稳定性,盘腔内r-θ面出现了明显的旋向相反的对涡.     

弯曲叶片对压气机轮毂-角区失速的影响

为了数值模拟弯曲静子对某两级低速轴流压气机总体性能及轮毂-角区失速的影响,选取了第1级静子进行弯曲。弯曲静子积叠线为贝塞尔曲线-直线-贝塞尔曲线(Bezier-line-Bezier,BLB)形式,弯高为20%叶片高度,弯角为10,15,20,25和30°。结果表明,弯曲叶片能有效抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,从而改善压气机的性能。过度的弯曲会带来较大的叶型损失,从而导致大流量工况下压气机效率有所下降。扩散因子不能作为判断轮毂-角区失速是否存在的主要依据。     

基于运动控制卡的多轴机床控制系统

以自行研制的多轴数控机床为实验平台,开发了基于PC机和运动控制卡的主-从式控制系统。系统开发过程中,引进有限状态机模型构建数控软件系统,采用面向对象的设计手法实现各个模块,在Visual C++平台上完成控制系统设计。最后以简便的人机交互界面形式提供用户操作。     

单壁碳纳米管冲击吸能特性分析

碳纳米管的优异力学特性使其在冲击能量吸收方面存在潜在的应用前景,但纳米尺度的冲击验证实验却难以实现.应用分子结构力学、冲击动力学和纳米尺度有限元相结合的方法,研究了单壁碳纳米管受轴向冲击的吸能特性.使用ANSYS中APDL编程语言,建立了单壁碳纳米管的空间结构参数化模型;同时,采用修正的Morse原子势函数拟合了C-C共价键的本构方程.按照最大失效应变作为共价键断裂的判据,对比了长度、直径和手性对单壁碳纳米管冲击吸能的影响.结果表明:采用这种仿真方法可以动态呈现碳纳米管断裂的全过程,且能够证实单壁碳纳米管的比吸能远高于其他材质类似管状结构,其中,锯齿型碳纳米管的吸能特性又好于扶手椅型.