失重性骨质疏松腰椎力学性能研究

航天员在长期失重环境影响下,会容易造成椎体失重性骨质疏松。为了探究骨质流失对腰椎承载能力的影响,设计了不同骨密度的腰椎力学仿真,通过图像处理建立了腰椎三维模型,利用有限元算法得到腰椎应力分布,对比了不同材料属性腰椎模型应力结果。结果表明:骨质疏松腰椎的应力值较正常腰椎变小,而形变量却明显增大。可以看出,骨质流失时,会导致腰椎骨骼材料性能发生变化,使腰椎形变量增大,并且使腰椎结构承载能力降低。     

截面形式对复合材料杆件固化变形的影响

热固性复合材料构件应用广泛,但其在加热固化成型过程中易产生变形。通过优化铺层设计,可以减小碳纤维增强环氧树脂细长杆件固化过程的变形,但是忽略了截面形式对固化变形的影响程度。本文提出在复合材料大长径比构件设计时应采用有限元分析(Finite element analysis, FEA)方法进行热变形分析,充分考虑截面对称性对产品固化变形的影响,有效降低该类产品固化过程中的变形。     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计

低温风洞运行过程中,洞体回路承受的温度低且温度变化范围大,使结构产生较大的热变形和热应力,将影响风洞的气动性能和安全性。在进行0.3 m低温风洞结构设计时,通过合理选取风洞结构材料、采取驻室夹层内腔的气流换热和结构热变形释放等措施对结构热变形进行有效控制,并针对洞体回路的热变形和热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,降温7200 s后,拐角导流片的温度降至约110 K,稳定段的法兰温度约为250 K,洞体回路的最大热应力出现在换热器驻室壳体上,约为110 MPa,安全系数大于1.8;洞体回路温度降至90 K时,长轴方向收缩约为29 mm,短轴方向收缩约为12 mm。通过低温风洞试验发现,仿真计算结果接近于实际的测量结果,调试试验结果验证了该风洞结构设计的可靠性。     

Maxwell方程的高阶间断有限元数值解法

采用高精度方法求解时域Maxwell方程,方程的空间离散采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)领域的高阶间断有限元格式,非定常时间迭代采用四步龙格-库塔格式。为了提高计算效率,本文采用了Quadrature-free implementation和网格分区并行技术。数值结果表明,采用高阶格式的情况下,采用稀疏网格便可以得到高精度数值解。另外由于本文的方法基于非结构网格,因此非常适合计算复杂外形的情况。     

航空发动机机匣的强度振动分析与评估

针对某高涵道比涡扇发动机高压压气机机匣的设计需求,采用有限元方法,从静力学角度出发,根据温度载荷和气动载荷求解机匣的温度场和压力场分布,分析机匣的应力和变形分布,以及椭圆度;从动力学角度出发,根据机匣的固有频率,结合各级转子叶片数目及工作转速,分析机匣的共振频率,从以上两方面对机匣强度振动特性进行计算分析与评估。研究结果表明:在温度场载荷和气动载荷作用下,机匣具有足够的强度储备系数;机匣共振的安全裕度满足动力学设计要求。     

四孔交叠隧道下地铁运行对周边建筑物的振动响应分析

选取武汉地铁二号线和四号线中某区间的四孔交叠隧道为研究对象,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟,探讨隧道周边建筑物在地铁运行下的振动响应规律。结果证实:建筑物各楼层的水平振动强度随楼层的增加而增加,竖向振动强度增幅不大。前5层中,竖直方向的振动比水平方向的振动强烈;第5层之后,各楼层的水平峰值加速度随着楼层的增加而显著增大。单孔隧道中有列车运行时,建筑物各楼层振动强度随隧道埋深的增大而减小,也随着到振源的水平距离的增大而减小,但埋深比水平距离的影响更明显。四孔隧道中均有列车运行时,建筑物同一楼层,内部各点的水平振动强度,随着距隧道中心线距离的增大,未表现出增大或减小的趋势,但靠近隧道一侧的竖向振动强度和竖向峰值位移比远离隧道一侧要大。     

假人空投试验六分量天平研究

依据救生伞假人空投试验中六分量应变天平的工作条件与载荷特点,确定了天平的设计载荷并完成了结构设计。针对实际应用中天平各种极限载荷情况,计算了天平各弹性元件的安全系数。对天平应力场进行了有限元分析,获取了天平整体应力分布状况。进一步对传统计算结果进行了验证,为天平结构设计提供了理论依据。     

用于捕获轨迹风洞试验的三自由度转角头设计

设计了用于FL-12风洞捕获轨迹试验的三自由度转角头装置,该装置为机电一体化设备。介绍了三自由度转角头装置的结构设计,控制系统设计,驱动元件的选型计算及校核,并对装置进行了静力学与动力学分析以验证设计结果。结果表明,和现有装置相比,该三自由度转角头在俯仰和偏航方向的载荷能力均由100N·m提升至250N·m,可控制精度由0.1°提升至0.05°,在滚转方向的载荷能力由10N·m提升至20N·m,可控制精度由0.1°提升至0.05°。通过对试验装置风洞适用性的研究,在设计中对驱动元件及线缆的结构、整流装置的外形、装置总体尺寸等进行了优化,改善了现有设备线缆外露,外形整流性能较差以及风洞堵塞比较大等问题。     

联轴器螺栓紧固件循环载荷作用下的应力分布

循环载荷作用下联轴器螺栓紧固件的应力状态对联轴器的失效分析具有重要意义。本文采用螺纹精确几何结构建模方法以及商用有限元软件ANSYS对联轴器的螺栓螺纹进行了有限元建模,对螺栓循环载荷作用下的自松弛进行了分析,并进一步分析了循环载荷作用下的螺栓头接触面应力分布及变化情况,通过试验进行对比验证。本文研究揭示了螺栓自松弛的原因及机理,为深入研究联轴器螺纹螺栓的预紧可靠性提供了参考。