箭（弹）级间螺栓法兰连接结构准静载失效实验与数值仿真研究

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,设计准静载加载实验测试系统,进行了两次准静载失效实验,并利用ABAQUS软件建立对应的有限元模型。实验中设计了螺栓力响应信号采集传感器,获得了螺栓力响应数据、加载力与加载位移等多组关键数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构在准静载荷载作用下的失效机理,并对比验证了有限元模型数值模拟效果和精度与实验吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构承载能力和失效实验设计提供参考。     

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。     

螺栓法兰连接结构有限元模型参数确定方法

螺栓法兰连接广泛用于各种工业结构中,为准确预测该连接在实际工作中发挥的作用,需要建立准确高效的有限元模型。针对有限元建模过程中模型各种参数的确定问题,综合使用数值仿真手段和试验手段分别对模型网格参数和接触参数的确定开展研究。参数确定后的螺栓法兰连接结构有限元模型在保证计算精度的前提下,计算效率得到显著提高。     

参数化建模的螺栓法兰连接刚度分析

为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结构刚度对开孔位置比例参数最敏感,其次是上法兰厚度。当上部段长度大于某一数值时,连接结构刚度对上部段长度参数不敏感,这一结论能为连接结构动力学简化建模提供一定理论参考。     

机柜电缆连接结构的力学性能分析

针对机柜电缆连接结构及其安装固定结构件,建立了电缆刚性连接有限元模型和MCT模块预紧力有限元模型,并进行了模型的静力学计算及评估分析,得到了机柜X、Y、Z三个方向的最大振动位移载荷用下的最大应力值。分析结果表明:改变MCT模块的预紧力的大小对整体连接结构的应力分特征影响较小。在此基础上,提出了机柜电缆柔性连接方案,并建立了机柜电缆柔性连接有限元模型。有限元模型结果与刚性连接结果对比分析表明:采用柔性连接方案后,机柜电缆整体连接结构的应力水平大幅度降低,有效地缓解应力集中问题。     

低速大质量球头弹冲击下薄板塑性动力响应分析

为研究半穿甲导弹冲击下舷侧结构抗侵彻性能及机理,探讨舷侧抗半穿甲导弹侵彻结构设计,假设低速大质量球头弹冲击下薄板的穿甲破坏可分为隆起变形、碟形变形和弹体贯穿3个阶段,采用理想刚-塑性材料本构模型,同时考虑剪切、弯曲及薄膜拉伸对薄板变形和失效的作用,分析了薄板在冲击过程中的塑性动力响应及三个阶段中的变形吸能,并采用材料有效塑性应变失效准则分析了薄板的穿甲破坏准则,得到了弹体穿甲后的剩余动能和速度、薄板的弹道极限速度以及薄板的最大塑性变形。模型计算结果与实验结果及有限元分析结果吻合良好。     

高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法

精确的弹箭位置与姿态测量数据是提高制导弹箭射击精度的基础。通过分析高速旋转弹位置与姿态传感器的量测噪声,采用卡尔曼滤波方法进行误差估计,以提高测量精度。基于高速旋转弹质心运动和角运动方程,建立了系统状态方程;根据全球定位系统和地磁传感器的测量原理,建立了量测方程;以某弹飞行数据为例,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和无味卡尔曼滤波(UKF)分别对弹箭的位置和姿态进行最优估计。仿真结果表明,采用上述方法可有效减少系统误差,并使综合误差进一步降低,射程与高度误差均控制在±1 m,攻角和侧滑角误差分别为±0.02 rad和±0.01 rad,可满足工程应用的要求。     

侧向推力对PIF-PAF控制导弹的动力学影响研究北大核心

针对Aster导弹在PIF(pilotage inertial enforce)-PAF(puissance an frein)控制中的动力学问题,分析了侧向推力对导弹法向力、俯仰力矩、控制力的影响,建立了PIF-PAF控制导弹的纵向运动模型,采用小扰动线性化方法得到了PIF-PAF控制导弹的纵向扰动运动模型以及短周期运动模型。探讨了PIF-PAF控制提升过载响应时间的原理。解释了Aster导弹采用大面积弹翼、大面积舵面并将弹翼前缘后掠角设计为零的原因。     

侧向推力对PIF-PAF控制导弹的动力学影响研究

针对Aster导弹在PIF(pilotage inertial enforce)-PAF(puissance an frein)控制中的动力学问题,分析了侧向推力对导弹法向力、俯仰力矩、控制力的影响,建立了PIF-PAF控制导弹的纵向运动模型,采用小扰动线性化方法得到了PIF-PAF控制导弹的纵向扰动运动模型以及短周期运动模型。探讨了PIF-PAF控制提升过载响应时间的原理。解释了Aster导弹采用大面积弹翼、大面积舵面并将弹翼前缘后掠角设计为零的原因。     

夹层复合材料耐压圆柱壳深水静压承载特性分析

为探究新型夹层复合材料耐压圆柱壳在深水环境中的极限承载能力及失效模式,以湿法缠绕工艺成型的圆柱壳模型为研究对象,通过开展深水静压试验研究及数值仿真,分析了结构的极限承载能力及失效模式。结果表明:夹层复合材料圆柱壳的失效模式为整体失稳,内外蒙皮均出现明显纤维断裂,伴随结构渗水,内蒙皮与芯层界面处出现分层并扩展,导致结构完全丧失承载能力。同时,在兼顾结构强度与稳定性双重指标前提下,预测了结构的渐进破坏模式及极限荷载,预测值与试验结果相比误差为5.97%。该研究为夹层复合材料耐压壳的应用设计提供了技术储备。     

侧贴碳纤维布加固连续梁非线性有限元分析

为研究不同初始荷载作用下侧贴碳纤维布及侧贴预应力碳纤维布加固钢筋混凝土连续梁的加固效果,采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,并将有限元分析结果与试验结果对比。有限元分析表明：钢筋混凝土连续梁的加固效果受初始荷载的影响,初始荷载越小,加固效果越好;对纵向侧贴碳纤维布施加预应力,能够大幅提高钢筋混凝土连续梁的抗弯承载力,与未加固梁相比其抗弯承载力提高了65%以上;有限元计算结果与试验结果的荷载-挠度曲线吻合较好,两者的抗弯承载力相差不超过10%。所得结果可以为类似加固设计和试验提供参考。     

局部多孔质气浮止推轴承特性研究

在考虑轴承气膜交界面处切向速度滑移的条件下,建立了局部多孔质气浮止推轴承的理论模型,然后使用有限元算法进行了数值仿真,仿真的结果与试验结果取得了一定程度的一致性,说明此新的修改了的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮止推轴承研究的理论模型。利用该模型,能够成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度。还从理论上与小孔类型及全多孔质类型的气浮轴承特性进行了对比,结果表明,局部多孔质气浮轴承有着优良的特性及很好的应用前景。     

Dynamic parameters of multi-cabin protective structure subjected to low-impact load – Numerical and experimental investigations

The dynamic response of a multi-cabin protective structure subjected to impact load directly affects the protective performance of materials; thus, studying the dynamic response and communication law of wave effect of the load plays an important role in the prediction of protective performance. In this study, the protection experiments of box-structure under air- and/or water-medium are conducted, the dynamic response of the structure subjected to low-impact load is analyzed, and the corresponding numerical simulations are analyzed using the theory of finite element method (FEM). Combined with experimental and FEM simulations, the shock strain distribution, acceleration attenuation, and signal energy in defensive materials are determined. Based on the results, the metal structure exhibits good absorption characteristics for shock vibration. Using the experimental data, we also show that the attenuation of shock wave in water medium should be significantly better than that in air medium, and the protective structure should be designed for a combination of water and air mediums. Meanwhile, the numerical simulation can provide a quantitative analysis process for dynamic analysis of defensive materials.     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体高应变率压缩吸能机理

为研究纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能元件在高应变率冲击压缩载荷作用下的变形损伤模式和能量吸收机理,采用ABAQUS商用有限元软件和分离式Hopkinson压杆装置开展数值模拟分析和试验验证研究。对比分析宏观力学响应规律和微观损伤破坏机理,可知吸能结构元件在高应变率压缩载荷下的力学响应具有典型的弹塑性特征,内部芯材主要产生压缩塑性损伤,而表层复合材料沿环向产生拉伸断裂破坏。研究表明,该吸能元件冲击压缩吸能特性优异,可满足水下结构平台的冲击防护和浮力储备要求。     

弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效分析

运用蔡-吴逐步失效判据和黏聚接触模型建立弯曲加载下的T型接头的有限元模型。对复合材料T型接头在弯曲加载下的损伤机理和承载能力进行数值模拟。结合静态弯曲加载实验,揭示T型接头在弯曲破坏过程中的四种失效模式。T型接头的弯曲失效载荷的有限元模型计算结果与实测值吻合较好。     

考虑预紧力与阀杆力的电动截止阀体应力分析

建立了有预紧力的截止阀有限元计算模型,阐述了预紧力单元的原理及分析方法,利用ANSYS程序对截止阀在考虑和不考虑螺栓预紧力及阀杆闭合力作用下的应力进行了计算。结果表明,法兰螺栓预紧力及阀杆闭合力对阀体应力的影响不可忽略。     

加肋轴对称组合壳塑性极限分析 专用软件LAFEMAT的研制

基于轴对称截锥壳单元,建立了加肋轴对称组合壳塑性极限分析的有限元计算方法;应用Fortran语言编制了LAFEMAT专用软件.该软件通过分步加载,计算每一载荷步作用下组合壳单元的应力状态,采用一系列弹性计算方法模拟弹-塑性计算,直至组合壳达到极限状态,从而求得极限载荷.实例证明:该专用软件具有较高的计算效率和精度.     

水下接触爆炸下液舱前置型防雷舱的动响应分析

为探讨防雷舱结构设计,采用有限元方法对同一防雷舱结构的典型模式和液舱前置模式进行数值仿真计算,通过对典型模式与实验结果的对比,验证了数值计算方法的有效性。着重分析了液舱前置对防雷舱结构动响应过程、失效模式及防护效能的影响,并分析了其形成机制。从结构破坏过程、载荷特性、吸能特性三个方面对比了两种模式的差异,探讨了两种模式防雷舱结构的防护机理,为舰船水下舷侧防护结构的工程设计提供了参考。