超声Lamb波检测三维平板孔状缺陷的有限元模拟

通过数值计算求解Lamb波的频散特性方程,绘制钢板中Lamb波的频散特性曲线,分析不同模态Lamb波在钢板内的传播特性。基于ANSYS瞬态动力学分析方法,建立S0模态超声Lamb波检测钢板内孔状缺陷的有限元分析模型,通过群速度计算校核分析S0模态和SH0模态水平剪切波,得出其传播过程中振幅呈指数变化趋势。在孔状缺陷周围建立环形信号接收点,得到Lamb波作用缺陷后的散射特性和模态转化规律,散射波能量关于X轴对称分布,且随缺陷尺寸增加有增大趋势,透射波能量随缺陷尺寸增加而减小。     

管道弯头对F(1,1)模态导波传播特性影响研究

为研究管道弯头对非轴对称弯曲波传播特性的影响,采用数值模拟方法研究了不同方向F(1,1)模态导波在弯头处的模态转换和散射特性。研究结果表明:不同方向的F(1,1)模态导波会产生不同的模态转换,其与弯头拱背-拱腹的夹角越大,模态转换程度越大,而夹角为0°时无模态转换产生;弯头会改变F(1,1)模态导波的方向并对散射F(1,1)模态导波幅值产生影响;不同于轴对称导波,影响弯曲波在弯头处反射和透射系数的因素除了弯曲半径和频率外,还有弯曲波激励角度。     

L(0,1)模态导波在小管径管道弯头处的散射特性

采用实验和有限元模拟的方法研究了L(0,1)模态导波在小管径管道弯头处的模态转换和反射、透射特性,分别使用不同频率的激励信号对含不同弯曲半径弯头的管道进行检测。研究结果表明:L(0,1)模态导波在管道弯头处发生模态转换,转换成F(1,1)模态,并且其偏振方向与弯头拱背—拱腹方向一致;随着检测频率和弯曲半径的增大,反射F(1,1)模态呈减小趋势,透射F(1,1)模态呈非单调变化趋势;反射L(0,1)模态导波呈减小趋势,透射L(0,1)模态导波呈增大趋势;当检测频率或弯曲半径增大到一定程度时,两参数的变化对反射F(1,1)模态、反射L(0,1)模态和透射L(0,1)模态的影响不大。实验结果与模拟结果吻合度高,验证了模拟结果的正确性。研究结论为检测小管径含弯头管道提供了理论指导。     

多弯头管道磁致伸缩导波无损检测技术

为了研究超声导波在弯管中的传播特性及检测可行性,使用磁致伸缩导波仪器及传感器对多弯头管道进行了检测实验,并对弯管中导波的传播速度、模态转换、能量衰减等现象进行了探讨。结果表明:当弯管弯曲程度较小时,弯管中导波传播速度与直管中近似;弯管中导波存在明显的模态转换现象;弯管中导波能量随着时间近似呈指数形式衰减,且衰减规律与激励频率存在密切联系。该研究结果可以为复杂结构弯曲管道的导波检测提供参考。     

磁致伸缩扭转导波小管径弯管检测

针对扭转导波对小管径弯管的检测问题,分别采用数值模拟和实验方法进行研究。使用ANSYS软件模拟扭转导波在弯管中的传播;设计一种针对小管径管道的磁致伸缩扭转导波检测传感器,并对弯管进行检测,建立该传感器的导波激发和接收模型,利用理论模型对实验信号进行解读。研究结果表明:T(0,1)模态导波在小管径管道弯头处发生模态转换,部分T(0,1)模态转换成F(1,1)模态,F(1,1)模态具有方向性,垂直于弯头拱背-拱腹方向;模态转换会造成检测信号的双端面反射现象,第二个端面回波与第一个端面回波幅值比随频率的增大呈减小趋势;传感器激发出的纵向磁致伸缩力会导致实验信号中出现少量纵向模态导波。研究结论为磁致伸缩扭转导波对小管径弯管的检测提供理论指导。     

双层柱壳的流固耦合模态计算与试验研究

采用结构有限元和内域流体有限元的流固耦合计算方法,对球壳及其内域流体进行有限元离散计算,并将计算所得的模态振动频率与理论结果进行了比较.采用同样的方法,进一步对加筋双层圆柱壳进行了流固耦合的复特征值分析,并求解了其固有频率和振型.试验分别对双层柱壳充水和不充水情况下模态和模态频率进行了测量,结果证实了数值计算方法的正确性.     

手性导电复合材料屏蔽效能的数值研究

利用建立在单层无限大手性屏蔽体模型基础上的电磁屏蔽公式,将电导率的贡献等效为介电常数虚部的一部分,通过数值分析方法研究了手性参数对导电复合材料电磁屏蔽效能的影响规律,并细化研究了该参数对反射衰减、吸收衰减和多次反射衰减的影响。数值分析发现,屏蔽效能对手性参数、电导率的变化比较敏感。     

FDTD中波导激励源研究

:FDTD已广泛应用于波导问题的计算 ,本文首先讨论Gaussian脉冲在波导中传输时的波形变化情况 ,然后根据波导的色散特性 ,提出一种调制的脉冲波作为波导入射波的激励源 ,给出了脉冲宽度与调制频率的计算公式 ;讨论在脉冲激励的条件下入射场的计算方法 ,总场 /反射场的连接方法 ;最后给出计算实例证明方法的有效性     

行波提取型同轴渡越时间振荡器模拟

提出了一种行波提取型同轴渡越时间振荡器,器件的提取腔采用了类膜片加载的扩展互作用腔结构,具有束波作用效率高,电子束空间电势能低等优点。提取腔的电场结构为3π/2模,与传统的类π模结构相比,提高了微波群速度,有利于微波能量的提取。通过引入前置反射腔,提高了调制腔的品质因数,显著降低了起振时间。利用数值模拟软件对所设计的器件进行了模拟和优化,在二极管电压530kV,二极管电流12.8kA,外加导引磁场0.7T的条件下,得到了2.41GW的输出功率,微波频率7.76GHz,束波功率转换效率达到35.5%。     

爆轰波斜冲击作用下破片飞散特性研究

为研究非对称结构战斗部的破片飞散特性,利用斜激波理论对爆轰波作用于壳体表面的过程进行研究,并利用自由面速度倍增定律对波在自由面反射后质点速度的计算进行简化,得到了破片飞散角的计算模型。利用D型战斗部试验数据对计算模型进行验证,结果表明,斜激波理论计算得到的破片飞散与试验结果吻合很好;当入射角较小时,壳体飞散角与入射角成线性关系。     

两栖型指控车非线性横摇安全盆侵蚀研究

采用单自由度系统研究了两栖型指控车在规则波激励下的非线性横摇和倾覆,非线性横摇控制方程应用四阶龙格库塔法进行数值积分;以波浪扰动力矩的幅值和波浪的频率作为变量,研究了两栖型指控车的安全盆侵蚀问题。以波浪扰动力矩的幅值为变量的安全盆侵蚀研究结果表明:当波浪扰动力矩大于0.01时,安全盆开始出现侵蚀现象,当波浪扰动力矩大于1.84时,安全盆的安全域已经变成了几个离散的点,随着波浪扰动力矩继续增大,安全盆的安全域将继续严重侵蚀,直到消失为止。以波浪频率为变量的安全盆侵蚀研究结果表明:两栖型指控车的安全盆侵蚀对波浪的频率敏感,安全盆出现明显的侵蚀;随着频率的增大,安全盆侵蚀将不会发生,表明两栖型指控车对高频波浪是安全的。     

气浮箱型结构纵荡运动水动力系数解析研究

基于二维微幅波理论,采用特征函数展开和匹配渐进法建立了气浮箱型结构纵荡运动的解析解,将Matlab程序计算结果与MOSES数值模拟结果进行了对比分析,验证了程序的合理性;进而对不同吃水、不同水深下结构纵荡运动的附加质量系数和阻尼系数的幅频变化规律进行了研究。结果表明:由于未考虑结构内部气体的可压缩性,数值模拟结果大于程序计算结果,MOSES计算结果偏安全;在一定频率区段上,吃水的增加对结构附加质量系数和阻尼系数有显著影响;随着水深吃水比的增加,结构的附加质量系数和阻尼系数呈增大趋势,只有在圆频率为0.65~0.9 rad/s时呈减小趋势,而阻尼系数则呈增大趋势。     

面内载荷下复合材料帽型加筋板结构稳定性分析

为探究复合材料帽型加筋板结构稳定性问题,首先根据层合板理论和等效刚度法,通过分析边界条件得出复合材料帽型加筋板在面内压载作用下局部失稳的特征方程;然后,引入算例进行了数值计算,定量分析了结构参数变化对帽型加筋板临界载荷和屈曲模态的影响规律;最后,结合算例进行了相应的试验分析,试验结果和计算结果吻合较好。分析表明：帽型加筋板在面内压载作用下优先发生局部失稳,通过合理设计帽型筋条可有效避免结构整体失效。该研究结果对工程结构设计应用具有一定的理论参考价值。     

带制退器的膛口流场数值模拟

带制退器的膛口流场是一种具有高度瞬变性、强烈方向性的复杂波系结构流场.采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术处理弹丸高速运动造成的网格变化,模拟某型带炮口制退器的火炮发射过程中的非定常燃气射流流场,根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程.数值计算结果可以为炮口制退器的设计与实验提供一定理论指导,为深入研究奠定良好基础.     

热射流起爆过程的数值模拟

采用改进的化学非平衡流解耦方法处理Euler反应流方程,并以H2/air 9组分21方程模型对竖直喷注的热射流起爆过程进行了二维数值模拟。对流项采用五阶WENO离散格式,时间推进采用二阶Runge-Kutta方法。详细分析了热射流以不同速度、入射位置、入射宽度和入射倾角喷射时在爆震管内形成的流场,总结了射流参数状态影响起爆的一般规律;解释了激波、火焰的相互作用对"热点"的形成以及转变为爆震的影响,特别是激波反射对"热点"形成的促进作用。结果表明,爆震波通常由火焰面和固壁附近狭长未燃区域中的"热点"产生。"热点"向爆震波发展的过程是过驱爆震阶段,存在三波结构。为了实现快速起爆,应当增大射流入射速度、贴近侧壁并以适当入射角度喷射热射流。     

叶栅吸力面吸气位置与角区分离的关联性分析北大核心

高压压气机后面级的叶片吸力面三维角区内易堆积大量的低能流体。为了指导吸气槽设计,达到量化分析叶栅吸力面吸气槽位置与角区分离的关联性的目的,以一高负荷压气机叶栅为研究对象,采用计算流体力学仿真软件讨论了全叶高吸气槽轴向位置变化对叶栅性能的影响,并以角区分离起始位置到叶栅前缘之间的距离(ZCS)作为量化标准。研究表明:在设计工况附近,总压损失随着吸气槽轴向位置从前向后移动表现出了先减小后增大的趋势,且叶片吸力面吸气槽在不同工况下存在最佳轴向位置。在0°迎角时,当吸气槽距离分离点间的轴向距离为0.33倍的ZCS时为最佳,可使总压损失系数降低10.9%。这种量化结果借助角区分离结构实现了吸气槽轴向位置设计的标准化指导。     

超聚能战斗部结构优化数值模拟

针对现有的截顶型超聚能射流构型。采用正交设计优化方法,将现有的圆板型辅助药型罩的4个尺寸设为参量,并选取5个水平因子,根据正交实验设计表分别进行数值仿真实验,确定了优化后的结构参数。对优化前后的超聚能射流形成过程中的爆轰波传播变化情况进行分析,发现优化后的轴线处的药型罩压合压力大于现有截顶型超聚能结构;对25组实验数据进行因子方差齐性分析,得出各因子对超聚能射流的影响规律,并进行线性回归方程的拟合运算,得到超聚能射流成型的预测公式。最后将优化后的射流形成过程的数值模拟实验进行数据提取,经比对分析,所得到的线性回归方程与数值模拟结果基本一致,该研究对于超聚能装药结构设计具有一定的参考价值。     

新型聚能装药球缺药型罩的优化设计

针对现代战场复杂多样的军事目标,提出一种具有多种毁伤模式的新型聚能装药战斗部,根据目标类别可选择地以最佳方式进行毁伤。采用LSDYNA-2D有限元仿真软件,对新型聚能装药进行数值模拟,探究药型罩材料、结构参数(曲率和壁厚)对新型聚能装药性能规律的具体影响,并优化设计球缺药型罩。研究结果表明：数值模拟结果与文献[17]中的试验数据有较好的一致性;新型聚能装药结构中的辅助装置,能使EFP(爆炸成形弹丸)转化成JPC(杆式射流)或JET(射流),实现了毁伤元间的转换;球缺曲率R=2D(装药直径)为新型聚能装药结构形成JPC(杆式射流)或JET(射流)的临界值。当球缺药型罩曲率R<2D(装药直径),新型聚能装药会形成JPC,球缺曲率R≥2D时,则形成JET;优化设计球缺药型罩的材料与结构参数为：球缺曲率R=2.5D、厚度h=0.033D、药型罩材料为铜。此条件下,侵彻深度S达到最大值292.1 mm,约为5倍装药直径。     

重心布置及漂角对空投气垫艇纵稳性影响分析

为了分析空投气垫艇在不同重心位置和漂角下的纵摇运动响应,利用STAR-CCM+平台的重叠网格技术对气垫艇在规则波中的水动力性能进行数值模拟。研究表明,重心和漂角的变化对空投气垫艇阻力性能和航行稳定性的影响十分敏感,试验中通过改变压块来调整气垫艇重心位置,在低速段即0.4r<0.8时,重心纵向位置前移与垂向位置上移将会导致阻力增加,而当其在高速段即F_r>0.8时,重心纵向位置前移和垂向位置下移将导致阻力减少,为了满足高速船舶性能,因此重心位置布置时宜适当前移。在0°<β<30°范围内,漂角越小,气垫艇受到波浪的激励作用愈加明显,纵摇运动响应幅值越大。优化重心布置方案、漂角等组合形式能够有效提升气垫艇的航行稳定性,综合分析可知该型气垫艇在重心位置靠近艏部且以一定小角度漂角高速航行时,纵向稳定性越高且兴波阻力性能最佳。     

粘性流中的近水面三维水翼水动力特性数值分析

采用有限体积法、RNGκ-ε湍流模式对二维及三维水翼近水面航行水动力进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了比较分析.结果表明:当水翼浸深与弦长之比大于1时,数值计算方法与试验结果一致,且三维计算精度略高于二维.初步研究了NACA2410水翼在粘性流中近水面航行时升力、阻力特性随攻角、浸深、速度变化的规律,指出该型水翼以...