Optimal design of a novel cylindrical sandwich panel with double arrow auxetic core under air blast loading

The increasing threat of explosions on the battle field and the terrorist action requires the development of more effective blast resistance materials and structures. Curved structure can support the external loads effectively by virtue of their spatial curvature. In review of the excellent energy absorption property of auxetic structure, employing auxetic structure as core material in curved sandwich shows the potential to improve the protection performance. In this study, a novel cylindrical sandwich panel with double arrow auxetic (DAA) core was designed and the numerical model was built by ABAQUS. Due to the complexity of the structure, systematic parameter study and optimal design are conducted. Two cases of optimal design were considered, case1 focuses on reducing the deflection and mass of the structure, while case2 focuses on reducing the deflection and increasing the energy absorption per unit mass. Parameter study and optimal design were conducted based on Latin Hypercube Sampling (LHD) method, artificial neural networks (ANN) metamodel and the nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-Ⅱ). The Pareto front was obtained and the cylindrical DAA structure performed much better than its equal solid panel in both blast resistance and energy absorption capacity. Optimization results can be used as a reference for different applications.     

网格质量反馈的弹性体动网格改进

高鲁棒性的动网格变形方法是求解包含运动边界的非定常流场问题的关键技术。基于经典的弹性体动网格方法,引入两种设计合理、评价效果较好的网格质量参数——Patrick参数和Baker参数,提出了一种基于网格质量反馈的改进弹性体动网格方法。结合二维NACA0012翼型、三维ONERA M6机翼大角度俯仰运动,对比研究改进方法与经典方法的变形能力,改进方法能够保持较好的网格质量,尤其在最大变形时,可以有效改善较差网格单元,具有更高的鲁棒性。计算了NACA0012翼型、ONERA M6机翼的俯仰振荡绕流,并与实验结果及文献进行对比,结果表明,基于网格质量反馈的改进弹性体法能够显著提高变形网格的鲁棒性,可为非定常流场问题的求解提供有力支撑。     

微小型飞行器姿态快速机动控制方法

针对某弹道导弹释放的微小型飞行器的姿态控制任务需求,提出一种基于Gauss伪谱法的姿态快速机动控制方法。建立精确的姿态控制模型,并考虑反作用飞轮的耦合力矩项;采用Gauss伪谱法获取最优姿态轨迹,设计准滑模跟踪控制器以跟踪该最优轨迹。数字仿真结果表明,Gauss伪谱法计算得到的轨迹是最优的,准滑模跟踪控制器能实现对最优轨迹的良好跟踪,且对干扰力矩有较好的抑制作用。     

大型复合材料空间刚架缩比模型设计方法

缩比模型试验是获取大型复合材料空间刚架力学特性或响应的一种有效途径,其中一项重要内容是缩比模型设计。以大型复合材料空间刚架为研究对象,阐述已有传统方法的局限性;基于离散相似提出结合有限元方法的方程分析法,利用该方法推导大型复合材料空间刚架静力学响应和动特性的相似关系;利用所提方法设计某复合材料龙骨的1/5缩比模型,并通过试验进行验证。验证结果表明,所提方法和推导的相似关系能够用于指导大型复合材料空间刚架的缩比模型试验。     

定子磁钢轨道拼接错位对动圈式永磁直线电机性能的影响

陆基车载无人机电磁弹射器是一种新型的弹射起飞装置。为了实现高机动性,提出双边动圈式永磁直流直线电机和定子磁钢轨道分段拼接结构方案。为了评估定子磁钢轨道拼接可能对电机性能的影响,建立了永磁直线电机模型。利用有限元分析软件,分析研究了轨道分段拼接上下错位、左右错位以及倾斜错位可能造成的影响,根据分析结果给出了磁钢轨道拼接错位所允许的偏移范围大小。     

基于网格质量反馈的弹性体动网格改进研究

高鲁棒性的动网格变形方法是求解包含运动边界的非定常流场问题的关键技术。基于经典的弹性体动网格方法,引入两种设计合理、评价效果较好的网格质量参数——Patrick网格质量参数和Baker网格质量参数,从网格质量反馈优化的角度对经典方法作出改进,提出了一种基于网格质量反馈的改进弹性体动网格方法。结合NACA0012翼型的大角度俯仰运动,对比研究改进方法与经典方法的变形能力,整个过程中改进方法均保持更好的平均/最小网格质量,尤其在大俯仰角90deg时,经典方法的平均、最小网格质量降幅均是改进方法的4倍之多,且机翼尾缘处的网格扭曲严重,而改进方法仍与初始网格保持了较好的一致性,具有更高的鲁棒性。作为例证,分别计算了二维NACA0012翼型、三维ONERA M6机翼的俯仰振荡绕流,并与实验结果及流场规律进行对比,结果表明：基于网格质量反馈的改进弹性体法能够显著提高变形网格的鲁棒性,在大幅度的变形下保持较高的网格质量,对多维流场的求解均可取得精确结果,可为非定常流场问题的求解提供有力支撑。     

浅海舰船地震波场仿真中的边界处理

为解决舰船地震波场数值仿真中的边界反射问题,结合浅海传播环境特征和舰船地震波激发机理,提出边界处理算法。采用交错网格有限差分法对一阶速度-应力方程进行数值离散;采用应力镜像法处理海水和空气的自由表面,采用分裂式完全匹配层法处理区域边界;将该模型应用于平行海底近场、远场以及倾斜海底的波场仿真算例中。仿真结果表明:加入边界处理后,自由表面的吸收和区域边界的反射有效减少,波场特征清晰,该算法符合浅海舰船地震波场数值仿真的边界处理要求。     

分段轴压阶梯梁自由振动及稳定性分析的传递函数方法

采用分布传递函数方法,分析任意多段分段常轴压阶梯梁的自由振动和稳定问题,得到形式统一的封闭解析解。根据梁横截面几何尺寸、梁材料和轴压沿梁轴线的变化,将梁分成多段子梁,对每一子梁采用传递函数方法得到其解析解,通过各子梁间的位移连续和力平衡条件,得到分段常轴压阶梯梁的各阶自由振动频率和失稳载荷及其相应的模态形状。通过三阶梯梁的算例验证本文方法的正确性,并以四阶梯梁为例,计算分段轴压多阶梯梁自由振动的固有频率。     

永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究

永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。     

一种新的基于方向导数的二维自适应网格生成算法

结合形变原理及网格迭代思想,利用方向导数计算控制函数,提出一种新的二维空间自适应网格生成算法。数值实验表明,该算法能较好地适应解函数的空间剧烈变化。与其他自适应算法比较,其主要优点是该算法逻辑简单,避免了解网格偏微分方程,节约了网格计算时间。