考虑内压影响的加筋柱壳高效屈曲优化

针对运载火箭贮箱结构,基于渐近均匀化法建立考虑内压的非等厚筋条的加筋壳承载力快速计算方法。首先,采用渐近均匀化法获得加筋单胞的等效刚度阵,进而基于瑞利-里兹法计算考虑内压的整体失稳载荷,并基于板壳理论发展了加筋柱壳的蒙皮和筋条局部失稳载荷计算方法。此外,基于自适应代理模型优化方法,开展了考虑多种失效模式的加筋柱壳承载力最大化设计,以最优设计为例,分析了内压对加筋柱壳整体失稳载荷的影响规律。     

大型运载火箭加筋柱壳近似建模方法

为提高大型运载火箭中薄壁加筋柱壳结构的后屈曲分析、优化设计的计算效率,提出基于矩估计的增广径向基函数(ARBF)近似建模方法。首先,分析了形状参数对ARBF近似模型泛化能力的影响规律;然后,基于样本点局部密度给出了ARBF基准形状参数确定方法,并根据模型响应特点,引入缩放系数对形状参数进行自适应调整;进一步,基于矩估计方法将确定形状参数的复杂域优化问题转化为确定缩放系数的优化问题,并利用多起点并行优化算法求解该问题,显著降低了计算复杂度;最后,通过典型数值算例和工程应用,对比研究了本文方法与其他典型近似建模方法的优劣。数值和工程算例表明,相较其他典型近似建模方法,本文方法可通过训练较少的样本点达到较高的近似精度,对比结果验证了本文方法的有效性和高鲁棒性,表明其具有一定的工程应用价值。     

圆环压力容器均衡缠绕线型设计及稳定性分析

基于网络理论,得到了纤维单螺旋、螺旋加环向均衡型缠绕圆环压力容器的线型方程。应用微分几何理论,给出了同时满足均衡型和稳定缠绕双重条件的线型滑移系数、相对弯曲半径以及两向纤维层厚度比之间的关系。计算结果表明,单螺旋缠绕方式和较大的相对弯曲半径均能提高均衡缠绕线型的稳定性;对于通常研制的圆环压力容器,纤维材料和芯模间的摩擦系数达到0.2~0.3以上,即可实现均衡型缠绕。所提出的环壳均衡缠绕线型和轨迹稳定判别方法,对指导此类产品的缠绕具有重要意义。     

氧化铝壳层对纳米铝粉的热反应特性影响研究

利用气氛保护管式炉对纳米铝粉分别进行了245℃和450℃的热处理,得到2种不同氧化铝壳层厚度和晶态结构的纳米铝粉Al-245和Al-450。XRD和XPS测试结果表明,Al-245的氧化铝壳层比Al-450薄,且壳层中的γ-Al2O3、θ-Al2O3和ε-Al2O3强度较低。相应的HRTEM表明,Al-245和Al-450都存在明显壳层,且Al-450有2个壳层。在TG-DSC中,氧化铝壳层较薄的Al-245的DSC起始反应温度和峰温分别为554.0℃和559.3℃,均低于Al-450的相应温度559.3℃和586.1℃,反应区间更窄,(Tp-Ton)仅为5.3℃,且初始氧化放热量4 652 J/g也远高于Al-450的1 681 J/g。在500～660℃间,Al-245增重21.3%,高于Al-450的10.1%,且Al-245的氧化速率0.38 mg/s也明显高于Al-450的0.033 mg/s。     

考虑平整性要求的板壳自适应结构静变形控制

基于四节点压电复合材料层合板单元和相应有限分析方法，利用结构位移对电压的灵敏度，对以压电材料为作动器的板壳自适应结构，进行了考虑平整性要求的静力变形控制。根据控制目标和约束限制，由数学规划问题确定结构承载时作动器所需的控制电压，最后以数值算例给出了仿真结果，以验证所提出方法的有效性。     

超大直径网格加筋筒壳快速屈曲分析方法

针对新一代重型运载火箭及大型飞机中存在的超大直径网格加筋壳结构,提出了一种快速屈曲分析方法。首先,基于渐进均匀化法的快速数值实现方法和瑞利-里兹法建立了快速屈曲分析框架,并通过与算例中等效刚度法屈曲载荷结果进行比较,验证了本文方法具有较高的预测精度。然后,对比了3种结构尺寸下网格加筋壳屈曲分析效率,结果表明本文方法不受结构尺寸影响,平均计算时间仅为6s,凸显了其用于超大直径结构分析的高效性。进而,基于本文方法对4种传统加筋构型及2种新型多级加筋构型进行屈曲载荷评估,其预测误差均在3.0%以内,表现出广泛的构型适用性。在此基础上,通过优化设计的方法对比了上述6种加筋构型的承载效率,优化结果表明本文提出的多级三角型加筋构型最具承载优势,相较于初始方案取得了82.2%的承载增幅,可作为一种新型超大直径网格加筋壳结构储备。     

一种球面网壳型平台框架设计及仿真分析

针对环形和球形惯性稳定平台框架的不足,提出一种球面网壳型惯性稳定平台框架设计.组合正12面体和正20面体并映射到球面上,接着一次细化得到一种由240个弧三角构成的球面网壳.然后通过PROE绘制网壳,确定框架及各部件的大小,并处理轴安装部位,得到一种对流和导热效果很好且等刚度的球面网壳型惯性稳定平台框架.最后通过ANSYS软件作静力学仿真与模态分析,验证结构具有足够的刚度与强度.     

GH4061合金涡轮球壳模锻成形工艺及微观组织分析

涡轮球壳作为液体火箭发动机的关键件,影响着火箭发射的成败。而采用传统自由锻工艺生产的涡轮球壳性能一直无法满足设计要求,基于此本文提出采用模锻工艺进行涡轮球壳成形,通过对GH4061微观组织及涡轮球壳成形过程仿真模拟,系统地研究了GH4061合金最佳成形温度及临界变形量参数规律和涡轮球壳成形过程的应变分布特点。结果表明：GH4061合金最佳成形温度为1 000 ℃,最佳变形量为20%～40%。涡轮球壳采用挤压模锻工艺生产,坯料在模具中充填完整,不存在缺肉、夹杂、裂纹等缺陷,端面平正,飞边分布均匀,各尺寸及性能满足锻件要求。成形过程中变形量最小的位置在涡轮球壳下端面,晶粒尺寸ASTM 5～6级。     

夹层复合材料圆柱壳表层的缠绕优化

以平衡型稳定网络为约束条件,以等强度和提高临界失稳载荷为设计目标,对夹层复合材料圆柱壳体的缠绕表层进行了优化研究。首先,基于等强度设计,得到表层的最优缠绕方式为螺旋加环型缠绕,且螺旋缠绕角应满足α≤54.7°;其次,以结构强度及稳定性为双重指标,采用ABAQUS建立有限元模型,求解不同长径比的夹层复合材料圆柱壳的最优螺旋缠绕角α_(opt)。研究发现:当长径比0.5≤η≤3时,随η增加,表层的最优缠绕方式从单一螺旋加环型缠绕过渡至纵向铺放加环向缠绕,且最大临界失稳载荷Pcr近似呈二次递减关系。该优化方法不仅可达到轻量化要求,而且满足结构强度和稳定性双重指标。