固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析

采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。     

螺旋轮式管道检测机器人越障性能研究

建立了一种螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的三维模型，对驱动系统通过凸台和三通的能力进行了动力学分析。研究了预紧弹簧刚度和预紧力对螺旋轮过凸台能力的影响，讨论了过三通时的几何约束和动力学约束条件，并通过算例分析，验证了模型的正确性。     

基于有限元法的脉冲负载下高弹联轴器轴向力计算方法

以应用于脉冲柴油机发电机组中的高弹联轴器为研究对象,利用CATIA建立高弹联轴器的三维模型导入到Hyper Mesh中进行有限元网格划分,再将其有限元模型导入ANSYS中进行仿真分析,模拟其橡胶块在脉冲负载作用下的动态性能,对高弹联轴器在柴油机输出扭矩和脉冲负载同时作用时产生的轴向力进行仿真计算。结果表明:高弹联轴器在该工况下产生的轴向力较大,并且橡胶块在受交变应力作用时产生多应力集中点。仿真结果与Rivlin经典理论计算结果有较好的一致性,可为消磁舰船动力装置、消磁电站发电机组等场合下的弹性联轴器的选型设计提供参考。     

箭(弹)级间螺栓法兰连接结构冲击失效实验与数值仿真

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特点。实验过程中采集了螺栓力时程响应数据、柱段关键点应变时程响应数据、锤头冲击力和冲击速度及连接界面开缝位移等多组数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构冲击失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验结果吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构抗冲击设计提供参考。     

高超声速滑翔飞行器滑翔段预测-校正制导研究

为了满足高超声速滑翔飞行器再入制导过程中的终端约束和过程约束,针对滑翔段具有不确定初值和气动干扰的滑翔再入问题,联合三维轨迹快速在线生成技术和模型预测静态规划（MPSP）技术提出了一种改进的MPSP预测-校正制导律。建立了基于能量的高超声速滑翔飞行器的运动学模型,详细推导了MPSP预测-校正制导理论。构建了基于三维快速轨迹规划的初值生成器,探讨了初始下降段对滑翔段的影响因素。针对滑翔段初值干扰和气动参数摄动问题,设计了预测-校正制导律,进行了数字仿真。仿真结果表明,改进的MPSP预测-校正制导方法能够有效利用精确的猜测值,对干扰初值和气动摄动具有较强的鲁棒性。     

三维编织圆管力学性能及火箭级间段模拟结构承载能力研究

对于三维四向（４Ｄ）和五向（５Ｄ）两种编织碳／环氧圆管构件及由其组成的火箭模拟级间段，测试其压缩和扭转力学性能及轴压承载能力。实验表明，５Ｄ材料的压缩性能比４Ｄ材料有较大幅度提高，剪切模量提高幅度不明显。用３—细胞模型和ＦＧＭ模型预测相应的力学性能和压缩强度，并与实验结果进行了比较。结果表明，３—细胞模型的结果与实验结果符合较好，ＦＧＭ模拟预测结果偏低。本文结果为编织结构的设计分析提供了依据。     

五阶HWCNS在低速复杂流场中的应用

采用五阶精度显式混合加权紧致非线性格式求解雷诺平均NS方程;利用多块对接结构网格技术,对30P-30N多段翼型进行网格收敛性研究。在不考虑转捩的情况下,采用SA一方程湍流模型研究混合加权紧致非线性格式与二阶精度MUSCL格式对该翼型压力分布和典型站位速度型的影响,并与实验结果进行对比分析。采用混合加权紧致非线性格式和SA一方程湍流模型模拟梯形翼高升力构型低速复杂流场,通过对总体气动特性和压力分布的分析,探讨五阶精度显式混合加权紧致非线性格式在低速复杂外形流动中的应用能力。结果表明,对30P-30N三段翼型,采用全湍流模拟方法可以得到较好的压力分布;对梯形翼高升力构型,在附着流和边界层小分离情况下混合加权紧致非线性格式有较好的模拟能力。     

电磁轨道发射中内弹道动力响应特性分析

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁，通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度，计算得到发射器的临界速度。另外，利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型，求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器，利用测量数据验证了动力响应特性，并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器，分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值，之后随着时间推移逐渐减小；电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振，并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中，应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍；电枢运动高速段会出现晃动现象，进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。     

水下高速航行器壳体振动特性分析

随着超空化技术被用于水下航行器减阻提速,水下高速航行器的结构设计也成为热点。为了确保在设计范围内航行器不发生颤振,对水下高速航行器壳体的振动特性进行了研究。采用有限元分析软件ANSYS建立了三维有限元模型。考虑到实际问题的复杂性,在建模时做了适当简化,忽略对整体结构影响不大的小孔、小圆角、小倒角;将各段壳体间的连接视为刚性连接,建模时将其视为一体。采用分块Lanczos法对模型进行模态分析和研究,一共提取了前25阶自由振动模态。经过分析比较,排除零模态、合并相同模态,最终给出了其前11阶的固有频率和振型。分析结果表明壳体结构整体刚度较好,在理论上证明了壳体结构设计方案的可行性,为航行器壳体的结构设计提供了理论依据。     

液体推进剂消耗对大型卫星结构动特性的影响分析

为了研究液体推进剂消耗对某大型卫星结构动特性的影响,采用简化的“弹簧-质量”模型分析了推进剂消耗对结构动特性的影响趋势;基于MSC.PATRAN/NASTRAN给出了动力学分析过程中液体推进剂的等效建模和分析方法,包括梁单元法、附加质量法、“RBE3 -质量点”单元法和虚拟质量法等;建立了该卫星结构的有限元模型,进行了结构动力学特性和动响应分析,讨论了液体推进剂消耗对其动特性的影响规律.研究结果表明:随着推进剂的消耗,卫星整体振型的固有频率逐渐增大,而部分局部振型的固有频率保持不变;随着推进剂的消耗,卫星仪器安装板动力学响应峰值逐渐增大,所对应的频率也逐渐增大.     

基于参数化建模的车轮形药柱形状优化

固体火箭发动机装药设计过程中,较高的装填分数往往导致药柱的应力应变较大,结构完整性不易满足要求,为了解决这一问题,将参数化建模方法与遗传算法相结合,对车轮形药柱进行形状优化.采用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL (Patran Command Language)建立车轮形药柱的参数化有限元分析模型,能够根据...     

Influence of multiple structural parameters on interior ballistics based on orthogonal test methods

Influence of multiple structural parameters on the performance of a gun launch system driven by high-pressure reactive gases is important for structural design and performance adjustment. A coupled lumped parameter model was utilized to predict the propellant combustion, and a dynamic finite element method was applied to approximate the mechanical interactions between the projectile and the barrel. The combustion and the mechanical interactions were coupled through a user subroutine interface in ABAQUS. The correctness and the capability of the finite element approximations in capturing small structural changes were validated by comparing predicted resistance with experiments. Based on the coupled model, the influence of structural parameters of a medium-caliber gun on the system performance was investigated. In order to reduce the research costs, orthogonal tests were designed to investigate the comprehensive effects of the parameters. According to statistical analysis, the important order of the structural parameters on the launching process was obtained. The results indicate that the influence of the width of the rotating band stands out among the studied parameters in the gun. The work provides a method to investigate the influence of multiple parameters on system performance and gives guidance for controlling the system performance.     

间接边界元法模拟含裂纹介质中弹性波的传播

介绍了间接边界元法的基本理论,利用二维弹性动力边界积分方程解决了地震波在含裂纹介质中的散射问题。编写了地震波在二维非均匀介质中传播的数值模拟程序,模拟了爆炸点源在含裂纹介质中的传播情况,分析了裂纹的分布及填充物对波传播的影响。结果表明,边界元法是研究含裂纹介质中弹性波传播的有效工具。     

多体结构连接部件的有限单元模型

针对多体结构中连接部位带来的运动不连续问题 ,提出了将连接部件不作节点处理而作单元看待的设想。从力学基本原理出发推导了单元的刚度矩阵与阻尼矩阵 ,并由拉格朗日方程推导了这种单元的平衡方程     

基于ANSYS的油罐拱顶稳定性分析

针对加肋拱顶稳定性十分复杂的问题,基于ANSYS建立了加肋拱顶油罐的三维有限元模型,对加肋拱顶的结构稳定性进行了数值模拟。对加肋拱顶在外压作用下的线性与非线性临界屈曲载荷进行了对比分析,利用弧长法获得了拱顶在加肋情况下径向、环向、轴向的载荷-位移曲线。结果表明:数值模拟的加肋拱顶屈曲方向和屈曲区域与实际失稳结果相一致,可以为加肋拱顶设计和稳定性分析提供一定参考。     

线膛身管有限元网格参数化建模方法

为了精确快速地建立身管结构有限元网格模型，提出基于Python脚本语言操作单元和节点坐标的参数化建模方法，建立身管结构有限元网格模型。使用该方法能够精确地建立身管内膛(包含药室、坡膛和导向部)和外部轮廓的有限元网格模型，并进行参数化建模。以76 mm火炮身管为对象，建立身管与弹丸耦合的有限元模型，计算弹丸在身管内的全弹道运动过程，并结合相应实验进行验证。研究结果表明：该方法能够精确快速地建立身管结构有限元网格模型。     

不设横向加劲板箱形柱钢框架中节点有限元分析

为了更好地了解不设横向加劲板箱形柱钢框架中节点的实际受力状态和破坏特征，建立了该节点的ANSYS有限元模型，对钢框架梁、柱翼缘板的受力、变形等进行了有限元分析，研究了该节点的破坏现象，分析了钢梁翼缘与箱形柱翼缘板域的应力分布。最后，将3个试件的试验分析和有限元分析进行了比较，以期对此类节点的分析和研究提供参考。     

型钢混凝土桁架节点有限元分析

由于普通结构设计软件无法实现型钢混凝土空间桁架节点内部细化计算分析，为解决这一问题，通过采用ANSYS软件对整体结构进行静力分析，并提取桁架节点处各构件的内力，将其施加于桁架节点的实体模型，进行精细的有限元计算分析；检验桁架节点实体模型内部应力是否满足强度要求，验证结构设计时节点区域的型钢选取和配筋的合理性；同时将分析结果与在该结构施工现场实际检测结果进行对比。结果表明，AN—SYS软件能够准确地完成普通结构设计软件无法完成的复杂结构模型的细化有限元分析。     

扭杆式坦克悬挂系统的强度分析

针对目前悬挂系统设计理论的不足,运用工程力学中的卡氏第二定理和莫尔法求出负重轮行程与所受载荷之间的理论关系,并考虑了平衡肘的变截面对应力状态的影响,进而得到系统内关键点处的应力值;在理论分析的基础上,由简单到复杂,分别建立了初步模型、修正模型和最终的实体模型.应用有限元软件对悬挂系统进行三维数值模拟,计算了悬挂系统的应力场和位移场.理论分析和数值模拟的结果表明:悬挂系统力学模型较好地描述了悬挂系统的实际情况;有限元计算模型对于扭杆式悬挂系统强度计算非常有效,所得应力集中区与实际失效情况基本一致;应用本研究结果,可对悬挂系统作进一步的疲劳分析.