成层地基中压入法沉桩引起的桩周土体变形分析

通过在桩-土界面设置接触面,选用合理的单元类型,建立了较为符合压入桩压桩实际的三维有限元模型。利用得到的有限元模型,采用单元生死技术对压入桩压桩过程进行了数值模拟,讨论了成层地基压桩过程中桩周土体的竖向应力及应变随压桩深度的动态变化。选用桩型为钢管桩,分析结果表明:随着压桩深度的增加,桩内桩周土体的竖向应力(或应变)一直表现为压应力(或压应变),且逐渐增大;桩外桩周土体的竖向应力(或应变)逐渐由压应力(或压应变)变为拉应力(或拉应变)。随着压桩深度的增加,桩内桩周土体前3层竖向应力(或应变)的变化幅度基本一致,第4层的变化幅度增大;桩外桩周土体每2层土之间的差异都较大。     

梁式转换结构的ABAQUS非线性有限元分析

为研究梁式转换结构在竖向荷载作用下应力的分布及承载力情况,运用ABAQUS软件对文献[9]中的满跨剪力墙梁式转换结构ZHL-1进行有限元分析,并将有限元计算与文献报道的试验进行结果对比。分析表明:数值模拟与试验所得极限承载力误差仅为4.17%;该结构中转换梁与上部剪力墙共同作用所产生的应力拱效应分布及变形发展全过程与试验吻合较好;引入的损伤参数可以有效体现混凝土的拉伸开裂变化和压缩破坏特征。因此,运用ABAQUS软件,结合混凝土损伤塑性模型梁式转换结构所作的非线性有限元分析结果,可以为类似的剪力墙梁式转换结构设计和试验提供参考。     

自行防空武器校轴装备构型与力学分析

校轴装备用于检验防空武器轴系间距尺寸与理论设计尺寸的一致性,其性能对防空武器的火力打击精度影响巨大。某自行防空武器具有轴系繁多、轴系间距尺寸大的特点,现有装备无法满足其校轴需求,故结合主支板配置、连接结构方式等提出了一种新型校轴装备构型。对该校轴装备建立系统整体有限元计算模型,基于真实使用场景下的受力条件对其依次开展静力学、屈曲及振动模态仿真分析,获得了校轴装备的力学与外激励响应特征。新型校轴装备在使用条件下具有良好的刚强度特性,装备构型稳定性能好,能避免运输环境下的振动损伤,满足校轴指标要求,对校轴装备的构型设计与力学分析具有一定的参考意义。     

轨道式电磁发射装置外加固层的力学分析

轨道式电磁发射装置工作时,通常利用外加固层平衡导轨间的电磁斥力保证内膛尺寸的稳定性,但制作外加固层时采用的纤维缠绕工艺复杂,导致其应力特征难以准确计算。为此,首先根据弹性力学相关理论,考虑缠绕过程中的松弛效应,推导了外加固层成型后残余环向应力、垂向预紧力及其相对应的轨道临界斥力的解析表达式;然后,在有限元软件中采用等效温度场法、逐层实化法并结合重启动技术,准确模拟了缠绕过程;最后,对比两种方法得到的外加固层内残余环向应力分布情况,证明了解析计算结果的正确性,并得到外加固层的厚度、缠绕张力对成型后内应力的影响,为纤维缠绕型轨道式电磁发射装置的快速设计提供参考。     

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。     

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。     

身管热变形对步枪射击影响分析

为了研究温度变化对枪械射击准确度的影响,建立某步枪枪管的数值仿真模型。为了研究热冲击作用下枪管温度的分布情况,根据非线性热力学对枪管内壁与外壁的对流传热以及内膛的传热进行数值分析。再将仿真得到的温度场施加在身管上,采用非线性热力学结构耦合,求解出不同温度场分布下的枪管变形程度,并分析了身管弯曲对瞄准基线的影响。通过与实验数据的对比,验证了仿真结果具有可信性,为射击过程中的修正偏差提供重要理论依据。     

永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻优化设计

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步优化电机的转矩特性,将永磁体应用在开关磁阻电机之中,设计了一台三相12/10极永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻电机。在分析该电机结构和工作原理的基础上,采用电机设计理论对该电机进行结构设计,并且采用有限元软件进行仿真。在瞬态场条件下验证了该模型的正确性,在稳态场条件下仿真得到电感特性曲线、磁链特性曲线和转矩特性曲线,建立了精确的非线性模型。仿真结果表明该电机的转矩特性得到了明显提高。最后,采用遗传算法对电机主要结构参数进行了多目标优化设计,进一步提高了该电机的平均转矩并降低其转矩脉动。     

基于Lanczos法的多管火箭炮模态仿真和试验

为研究某型多管火箭炮振型和固有频率,对其进行模态分析,根据火箭炮发射装置物理样机,完成其有限元模型建立;完成火箭炮发射装置模态测试,采用Lanczos迭代法完成模态仿真分析;将仿真和试验测试模态结构进行对比验证,通过振型完成火箭炮刚度分析,为其进一步优化设计提供支撑。     

某型机枪遥控武器站静动态特性仿真分析

为提高机枪遥控武器站机动性,研究机枪射击过程中架体的受力情况,针对武器站的模态特性及瞬态特性进行仿真分析,开展轻量化设计。在ANSYS软件中对武器站进行有限元建模,对结构进行模态分析、瞬态动力学分析,提取了机枪武器站的固有频率和固有振型,施加时变射击冲击载荷,得到了武器站结构的等值线云图等架体受力特性。根据振型数据特征进行结构优化。分析结果表明,模态特性分布有利,架体结构刚度在动态工况下仍有较大富裕。优化后的结构减轻质量,仍能满足载荷冲击的需求。