碳化材料三维烧蚀热响应有限元计算研究

针对碳化烧蚀热防护材料三维温度场计算问题进行了研究。采用弹簧松弛法模拟防热层表面后退运动,应用化学反应动力学模型描述材料内部热解过程,内部温度场计算模型考虑了防热材料的热传导、热解吸热、热解气体在碳化层内的流动以及热解气体与碳化层之间的热交换。对控制方程采用有限元方法进行离散,时间方向采用Newton-GMRES隐式迭代推进求解。将计算结果与经典程序的计算结果及实验数据进行了比对,初步验证了计算方法的可靠性,并通过球头算例展示了程序对三维问题的良好处理能力。     

PLZT光致伸缩层合梁的非接触形状控制

以光电层合梁非接触形状控制问题为研究对象,阐述了PLZT光致伸缩驱动器的工作机理,建立了光-电-力-热耦合情况下的光电有限元模型,通过引入加强假定应变模式和假定自然应变法改善了单元的性能。在此基础上,以光致伸缩驱动器所受到的光强大小为设计变量,以光电层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为目标函数,应用有限元法和遗传算法建立了求解基于PLZT光致伸缩驱动器层合梁非接触形状控制问题的一般方法。数值模拟的结果验证了该方法有效,表明该方法能够很好地实现光电层合梁结构的非接触形状控制。     

非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型

针对非轴对称贮箱液体晃动问题,从一般意义上推导了作三维运动的任意三维贮箱内液体晃动的等效力学模型,采用有限元方法建立计算等效力学模型参数的数值算法,利用矩阵相似变换的性质分离液体零频以消除液体刚度矩阵的奇异性,从而将等效力学模型参数的计算归结为广义特征值问题和线性代数方程组的求解,具有较高的计算效率。通过非轴对称贮箱液体晃动的算例说明,不同的等效晃动方向可能不正交,晃动平面可能不过液体质心,因此非轴对称贮箱液体晃动的等效力学模型比轴对称贮箱液体晃动的更加复杂。最后以三棱柱形充液贮箱为例,采用商用CFD（计算流体动力学）分析软件FLOW-3D验证了在贮箱作典型三维运动时等效力学模型的有效性。
     

基于有限元法的大气层外弹道式目标表面温度场分析

获取目标表面温度场是进行红外特征分析的重要前提。为确定大气层外弹道式目标的表面温度场分布,建立了有限元模型。根据目标温度场的轴对称分布特点,在柱坐标系内建立了二维瞬态热传递模型,从而降低了计算量。与当前大部分的有限元软件和文献不同,严格分析了温度非均匀性有限单元的辐射热损失,并推导出轴对称三结点三角形单元的辐射热损失公式。为了能够使用Galerkin法求解时间微分方程组,将辐射热损失视为与时间相关的热载荷项,并用Newton\|Raphson法迭代求解处理后得到的非线性方程组。一个简单的数值实验表明了所提出方法的有效性,最后应用该法求解了目标飞行全程的表面温度场分布。
     

卫星大挠性桁架结构振动抑制试验研究

研究大型挠性空间桁架结构(LFST)的振动抑制问题.基于LFST特性,设计一套空间桁架试验系统.针对LFST具有大挠性、低刚度和低阻尼等特性,设计并研制一种圆柱式剪切型粘弹性阻尼器,给出具有粘弹性阻尼器的桁架阻尼杆的动力学模型.分别利用有限元方法和试验分析方法,对空间桁架的模态频率、模态阻尼比以及瞬态激励响应进行仿真和试验分析.结果表明应用这种阻尼器,桁架结构系统的第一阶模态阻尼比从0.49%增大到13.1%,其他各阶模态阻尼比也都有所增加.     

一种航天器防护与遮挡的几何描述算法研究

文中提出了一种航天器部件在任意威胁攻击方向上的投影面积和重叠面积的计算方法及部件间遮挡关系的确定方法。采用“几何拼接法”或借助有限元软件来建立航天器及其部件模型。将航天器各个部件向投影坐标系进行投影获得部件投影边界图形。利用垂直扫描线对各个部件的投影多边形进行扫描并进行求交运算 ,形成多个分散的四边形 ,在每个四边形内产生射击线 ,累加求出航天器易损性评估中所需的部件投影面积、重叠面积及遮挡关系。算例对三个正方体形状的部件进行了几何描述 ,当扫描线步长取 2cm时 ,投影面积及重叠面积计算值与理论值的最大相对误差为 5 0 6% ;当扫描线步长取 0 5cm时 ,最大相对误差为 1 2 5 %。结果表明算法通用性强 ,易于实现     

控制体有限元方法中的一种高阶插值格式

针对控制体有限元方法对流动方向不平行于坐标轴方向的回流问题数值模拟采用各种迎风格式都容易产生假扩散的问题,本文给出了一种由插值单元及其迎风相邻单元所确定的高阶插值格式。通过对Re=1000时三种不同形状的二维四边形空穴流模拟,表明该格式与局部斜迎风格式的适当组合可有效地减小控制体有限元方法对回流问题数值模拟的假扩散。      

带间隙伸展机构的非线性动力学建模

首先对两类典型连接仪;旋转铰和滑移铰的物理模型进行了分析,得到了铰间隙间相互作用力的关系,然后借助传统的有限元方法,建立了它们的有限单元模型,最后得到含铰接间隙大桁架式伸展机构的普遍非线性动力学方程     

捆绑式运载火箭横向振动的固有特性分析

用有限元法ALGOR通用程序的子空间迭代法分析了下端固支的捆绑式运载火箭横向固的振动特性。计算包括助推器的上、下接头与芯级箭体固接和下接头固接而上接头绞接两种连接情况。实验结果表明,该方法是有效的。     

涡轮泵转子的临界转速研究(Ⅴ)临界转速的有限元法

通过对轴段和盘的受力分析得出轴段和盘单元的运动方程,把支承和密封对轴的作用力按节点力处理,再由单元运动方程综合出转子系统的运动方程。求解临界转速归结为实数特征值的计算,并以计算实例验证了有限元法的正确性、有效性和准确性。