基于非线性静力学模型的飞机系留载荷计算方法研究

由于飞机在强风下系留时,机体承受各方向的载荷较大,因此需对系留结构及系留索是否具有足够的承载能力进行分析,而其中系留载荷的计算就显得异常重要。采用MSC．Nastran软件,针对飞机存系留情况下,系留索的单向承载性及起落架与地面的非线性接触特性,通过应用非线性间隙单元,建立了非线性静力仿真模型,并计算了飞机在系留状况下,各系留索承受的张力及各系留点所受的载荷,计算中同时考虑了起落架缓冲支柱空气弹簧力对于系留载荷的影响,从而为飞机系留载荷提供了一种新的有限元计算方法。     

利用全光纤Mach-Zehnder干涉仪对二极管激光器瞬态特性进行表征

可调谐二极管激光器在电流调谐过程中的瞬态特性,包括瞬态输出波长和线宽等光学参数,在TDLAS系统中是一个重要的参数需要进行实时准确的测定。而常规的测量方法无法同时满足高精度与高速度的要求,因此,对短光纤延迟差拍法测量TDL的动态特性进行了理论分析和实验研究,搭建测试系统,确定了光纤延迟线长度与调谐率对差拍信号纯度的影响,并分别对DFB型TDL的动态调谐特性进行了实时测量,由差拍信号得到激光器在一个电流调谐周期内对应于不同注入电流的瞬态输出波长及其线宽,即电流调谐瞬态特性。实验结果与由光谱仪测得静态特性比较后发现两者误差在0.003nm范围内,光纤延时自外差法可以对TDL瞬态特性进行快速实时而准确的监测。将其应用于TDLAS系统可提高测量精度,且可以根据监测的瞬态特性最终实现对TDL实时监控与优化。     

基于光纤陀螺的保偏光纤热致双折射

针对光纤陀螺在温度变化条件下的性能恶化问题,理论上分析了保偏光纤的热致双折射引起的偏振耦合是局限光纤陀螺精度的主要因素.采用有限元法计算光纤线圈在不同温度下的应力分布,并根据高低温不同的应力状态分别推导了双折射的变化情况.在光纤陀螺工作温度范围内,选取6个典型温度点计算光纤环上热应力和消光比的变化,结果显示,干扰双折射随温度变化的减小而减小,并将理论计算结果用测试消光比的试验验证.研究表明,双涂敷层光纤、胶粘剂、陀螺金属骨架材料的热力学性能的差异,导致光纤线圈在不同温度下折射率改变.在60℃时,光纤折射率差约为1×10^-4,与光纤本征折射率差5.5×10^-4达到同一个量级,这将严重影响光纤保偏性能及陀螺精度.     

航天器设备动力学分析模型简化方法与应用

针对航天器设备因构成复杂引起的动力学分析模型建模困难问题,提出一种基于拓扑优化技术的有限元模型简化方法,以设备实测质量特性为约束条件,通过拓扑优化方法确定设备有限元模型可行设计空间中的材料分布,实现对结构刚度性能的模拟,获得满足动力学特性分析需要的简化的设备有限元模型。应用该方法创建了某星敏感器简化有限元模型,得到的星敏感器简化模型与产品实际质量、质心位置和转动惯量特性基本一致,并且前两阶频率分析值与试验值之间最大偏差约为30%。将该简化模型应用于其支撑结构的动态响应性能评估,两者组合体固有频率及加速度响应趋势的分析数据在450Hz以下的频率范围内与试验数据吻合较好,固有频率最大偏差约为39%。星敏感器简化模型的应用验证了基于拓扑优化技术的有限元模型简化建模方法的可行性,为航天器上复杂设备动力学分析有限元模型的简化建模提供了一种新的解决途径。     

Investigation on Thermal and Dimensional Stability of Epoxy Resin In-Situ Modified by Cyanate Ester Resin and Polydimethylsiloxane

The thermal and dimensional stability of epoxy resin (EP) in-situ modified by cyanate ester (CE) and polydimethylsiloxane (PDMS) are investigated by means of experiments and numerical simulation. Thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimeter (DSC) are used to analyze the heat resistance of the modified EP. The dimensional stability is characterized by the volume shrinkage of the series PDMS/CE/EP obtained by the density method. The chemical structure of the PDMS/CE/EP is analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The results of TGA and DSC indicate that the thermal stability of PDMS/CE/EP decreases firstly and then increases with the increase in the amount of CE. The addition of PDMS shows a slight effect on the thermal stability. The 40% CE makes the blending system exhibit the lowest initial decomposition temperature, which reduces by 15.5% and 40.8% compared with pure EP and CE, respectively. The FTIR results suggested that the influence of CE on the thermal stability of the modified EP is mainly ascribed to the generation of oxazolidinone ring with low thermal stability and the increase in the triazine ring with high thermal stability. The volume shrinkage measurement results show that the introduction of CE and PDMS are both beneficial to the improvement of the dimensional stability of the blending systems. The in-situ addition of 80% CE shows the lowest volume shrinkage of 6.11%. The thermal stress distribution of PDMS/CE/EP generated during the solidification process is simulated by the finite element analysis. The results suggested that the introduction of 80% CE into EP results in the lowest thermal stress in the blending system, which indicates that the system has the lowest volume shrinkage, which agrees well with the experimental results.     

仿昆扑翼飞行器的翅膀惯性力分析

用理论模化和仿真试验相结合的方法,研究了昆虫翅膀扑动产生的惯性力和惯性力矩.在昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,研究了翅膀扑动过程中拍动幅度、拍动加(减)速周期、平动迎角和翻转加(减)速周期4个振翅运动参数对翅膀惯性力(矩)的影响.研究表明:微小尺度昆虫高频扑翅产生的惯性力幅值与气动力的幅值大致相当;昆虫翅膀的弦向转动惯量比展向转动惯量近似高一个数量级;翅膀拍动惯性力矩的影响远远高于翅膀转动惯性力矩的影响,而转动惯性力矩是可以忽略不计的;只要翅膀的拍动是对称的,就可认为翅膀的扑动是近似对称的;如果翅膀拍动对称的同时转动对称,就可认为翅膀的扑动是严格对称的,此时翅膀惯性力可以忽略.      

一种小波神经网络与遗传算法结合的优化方法

提出一种基于小波神经网络(简称WNN)与Pareto遗传算法相结合的优化方法,并用于内流的数值流场优化计算.小波神经网络由输入层、隐含层和输出层组成.在隐含层用Morlet小波母函数取代了误差反向传播(BP)神经网络中常用的Sigmoid激励函数.Pareto遗传算法具有很好的全局寻优能力和良好的优化效率,在通常情况下它总可以得到均匀分布的Pareto最优解集.典型算例表明:该算法快速、高效,能高精度的完成非线性函数的逼近与映射,其泛化能力很强.      

炮弹飞行速度等对核电站建筑的毁伤研究

对核电站设施进行了分析,研究了炮弹对核电站安全产生最大威胁的情况,并对此过程进行了数值模拟;应用有限元建模技术,实现了对核电站安全壳的有限元建模.运用ANSYS-DYNA有限元软件平台进行了数值仿真,得出炮弹对核电站的侵彻效果.通过仿真验证,较准确地评估了炮弹对核电站构成的威胁,可供核电站选址和防护设计时参考.     

可展桁架天线形面精度理论分析

针对可展桁架天线杆件多和转动铰多的特点, 研究杆件加工公差和转动铰间隙对天线反射面精度和重复展开精度的影响. 根据杆件加工公差和转动铰间隙发生的随机性, 建立相应的随机数据模型和Monte-Carlo随机有限元模型, 计算杆件加工公差和转动铰间隙所引起的天线反射面精度误差. 研究表明, 间隙所引起的反射面精度误差远大于杆件公差所引起的误差, 并且天线重复展开精度差值不宜忽视.      

无扩口管路连接件疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

 以损伤热力学为基础,构建分式形式的损伤演化方程。针对管路连接件等轴对称形式的构件,引入等效应力和等效应变。根据损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷下应力与寿命关系的级数表达式,根据标准件疲劳试验结果拟合得到损伤演化方程中的材质参数。利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了开发,使得借助ANSYS软件的损伤力学-有限元数值解法成为可能。利用该方法预估了TC6钛合金标准件疲劳裂纹萌生寿命,其结果与试验数据吻合。进一步,预估了管路连接件裂纹萌生寿命,预测了裂纹扩展路径并预估了疲劳裂纹扩展寿命。本文为采用损伤力学方法来预估构件的疲劳寿命提供了一种可行的方法。