弹体贯穿钢筋混凝土板有限元模型比较分析

为研究钢筋对混凝土靶侵彻作用的影响,基于混合物理论,建立了钢筋混凝土的等效混合物模型,同时还建立了将钢筋等效为钢板和素混凝土板的有限元模型,并通过弹体贯穿剩余速度、靶体压力场对两种方法进行比较,分析侵彻作用过程。计算结果表明:基于混合物理论的等效钢筋混凝土混合物模型能够较好地反映侵彻时钢筋的作用,既可以满足计算精度,又能够简化建模过程,提高计算效率,是进行侵彻数值分析的有效简化方法;钢筋混凝土板自由表面附近的钢筋分布能够提高靶对弹体的阻力,但其作用效果有限。     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。      

基于子结构技术的光机装置反射镜组件的稳定性分析

反射镜组件是光机装置的重要组成部分,反射镜片的转角稳定性对光路的传输有着直接影响。为了分析获得在地脉动载荷作用下反射镜片的转角响应,分别基于整体结构建模技术和子结构技术建立了某光机装置简化结构的有限元模型,并分析获得了装置中两个反射镜片的转角响应。两种方法得到的反射镜片的转角响应差别分别为3.99%,11.84%,说明基于子结构技术开展光机装置反射镜架组件的稳定性分析是可行的。     

基于薄层单元与弹簧单元的滚动直线导轨副动力学建模

针对某大型光机装置中使用的LM型直线导轨-滑块的结合面,采用薄层单元与弹簧单元模拟其接触面,建立了大行程传输结构模拟件的有限元模型。通过模型修正方法,根据模态试验结果对薄层单元弹性模量以及弹簧刚度进行了识别。模型修正后,结构前三阶模态频率计算结果与试验结果最大差别为2.23%,地脉动载荷下各测点位移响应计算结果与试验结果最大差别为7.61%。计算结果与试验结果具有较好的一致性,验证了模型的有效性。     

星载光电跟瞄转台动态特性分析EI北大核心CSCD

针对目前利用有限元方法分析星载光电跟瞄转台动态特性时存在的建模失真问题,提出使用广义弹簧单元对轴承和锁紧机构等效建模,并通过定义模态阻尼比,精确模拟转台的固有频率及响应特性。通过理论计算和基于模态试验数据的参数辨识,确定各等效单元刚度;通过基于扫频试验数据的参数辨识,确定结构模态阻尼。基于建立的等效有限元模型进行仿真分析,模态分析中前6阶固有频率与试验结果的最大偏差为5.1%,谐响应分析中X、Y、Z三个主方向的最大响应与试验结果的最大偏差为3.2%,固有频率与响应一致性良好,均在允许的误差范围内。说明使用广义弹簧单元对轴承和锁紧机构进行等效建模,通过模态和扫频试验数据确定转台刚度和阻尼特性是可行的,对同类型转台的建模仿真有一定借鉴作用。     

考虑铁芯接缝的电力变压器空载噪声计算*

硅钢片磁致伸缩导致的铁芯振动是电力变压器空载噪声的主要原因,铁芯的接缝结构对空载噪声的影响很大。为研究不同接缝结构对铁芯噪声的影响,本文提出了一种基于接缝区材料磁致伸缩特性等效的方法,首先对含有接缝气隙的铁芯模型进行磁场分析,对接缝区的材料分别进行磁化特性等效及磁致伸缩特性等效;其次采用等效的材料,基于有限元法对一台110kV电力变压器进行磁-力-声耦合分析,计算不同模型的噪声。最后通过对含有不同接缝结构的变压器开展噪声测试,验证了计算方法的有效性。结果表明考虑接缝结构的模型与实测数据有更小的误差,采用接缝结构等效的建模及计算方法可以实现接缝结构对噪声影响的计算。     

考虑结合部特征的?150 mm口径反射镜模型修正

针对?150 mm口径反射镜受结合部的非线性因素影响导致结构分析模型精度较差的问题,提出了线性的动力学等效建模与参数修正方法。首先,在实际装配和约束环境下测试并获得了反射镜结构的试验模态参数。然后,根据界面结合部的动力学特征,对反射镜结构按照镜框固定连接模型、镜面螺钉夹持模型以及间隙等效模型进行了等效建模。最后,以试验模态参数为修正目标,采用优化方法对反射镜结构的动力学等效模型进行了参数修正,并采用模型分层和分步修正的思路,依据结合部特征将修正模型细分为两部分,提高模型参数的修正效率。结果表明,参数修正后的固有频率平均误差为1.5%,模态置信度均大于0.8,提升了反射镜结构的动力学模型精度,验证了线性化等效建模方法的正确性。     

轨道电路系统长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应

结合时域有限差分(FDTD)方法、传输线方程和长钢轨激励场快速计算方法,研究了一种高效的时域混合算法,实现长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应的时域快速计算。首先,为避免对钢轨不规则结构的直接建模,根据趋肤效应,将钢轨等效为管状导体模型并提取对应的单位长度分布参数。然后,根据长钢轨激励场快速计算方法,快速计算长钢轨沿线电场分布,并结合传输线方程构建钢轨等效圆柱模型与补偿电容一体化的电磁耦合模型。最后,使用FDTD方法求解传输线方程,获取钢轨沿线各点的电磁脉冲耦合响应。研究结果表明,钢轨耦合电流波形不断展宽,但是峰值随长度增加到一定值后达到饱和状态,此结论可为轨道电路系统电磁防护设计提供重要的数据支撑。     

柴油机氮氧化物的特征时间模型

本文综合考虑湍流混合、分子扩散的作用,提出了一个新的NO生成计算模型.该模型采用化学动力学时间尺度和湍流时间尺度来考虑化学动力学和湍流混合对NO生成的影响.文中模拟了一台浅盆形燃烧室柴油机,对计算结果和实测结果进行了对比分析.研究表明,新模型计算的NO生成速率与实测结果有较好的一致性.     

二分量带电胶体悬浮系统的等效硬球模型

研究由无限稀薄的靶粒子散布于有限浓度(体积分数为)的主粒子悬浮液中而组成的二分量带电胶体系统,计算了靶粒子的短时间平动和转动自扩散系数.当系统中的粒子浓度和电解质浓度都不太高时,只考虑流体力学相互作用对扩散张量的首项两体贡献.为了计算体系的对分布函数,在数值计算的基础上发展了一个等效硬球模型,近似地把主粒子和靶粒子看作等效半径为δEHS的相同硬球粒子.结果表明,靶粒子的自扩散系数随两种粒子尺寸比和主粒子体积分数变化的关系可以很好地用等效硬球模型来解释 关键词： 胶体悬浮系统 自扩散 等效硬球 流体力学作用 关联函数     

ICF内爆靶丸能流分布三维数值仿真

针对惯性约束聚变(ICF)两区均匀模型中靶丸表面能流分布问题,采用三维离散视角因子方法进行模拟仿真。对辐照过程中出现腔壁自身遮挡的面元,利用四叉树结构进行快速剔除;实现了GPU上的靶丸能流分布的并行计算。基于该方法开发的三维仿真软件IRAD3D 1.0,其有效性通过与解析解的对比得到了验证。不同算例模型的仿真结果表明了软件具有通用性、高效性,给出了靶丸均匀性分析的应用实例。     

Nonlinear finite element model updating of an infilled frame based on identified time-varying modal parameters during an earthquake

A model updating methodology is proposed for calibration of nonlinear finite element (FE) models simulating the behavior of real-world complex civil structures subjected to seismic excitations. In the proposed methodology, parameters of hysteretic material models assigned to elements (or substructures) of a nonlinear FE model are updated by minimizing an objective function. The objective function used in this study is the misfit between the experimentally identified time-varying modal parameters of the structure and those of the FE model at selected time instances along the response time history. The time-varying modal parameters are estimated using the deterministic–stochastic subspace identification method which is an input–output system identification approach. The performance of the proposed updating method is evaluated through numerical and experimental applications on a large-scale three-story reinforced concrete frame with masonry infills. The test structure was subjected to seismic base excitations of increasing amplitude at a large outdoor shake-table. A nonlinear FE model of the test structure has been calibrated to match the time-varying modal parameters of the test structure identified from measured data during a seismic base excitation. The accuracy of the proposed nonlinear FE model updating procedure is quantified in numerical and experimental applications using different error metrics. The calibrated models predict the exact simulated response very accurately in the numerical application, while the updated models match the measured response reasonably well in the experimental application.     

燃烧系统的离散Boltzmann建模与模拟研究进展

燃烧系统的诸多模拟依托于流体建模, 离散Boltzmann方法(discrete Boltzmann method, DBM) 是近年来发展起来的一种新的流体介观建模方法. 本文简要评述DBM发展的两个方向——Navier-Stokes等偏微分方程的数值逼近解法和复杂系统的微介观动理学建模. 主要介绍在燃烧系统模拟方面DBM已有的工作、新近的思路、与传统流体建模的异同以及近期的研究成果. 本文重点传递的信息为: 作为复杂系统微介观动理学建模出现的DBM在模拟过程中同时给出“流动”及其相伴随的、关系最密切的那部分“热动”非平衡效应; 它为燃烧等复杂系统中各类非平衡行为的描述、非平衡信息的提取、非平衡程度的度量提供了一种简洁、有效的方法; 它所提供的热动非平衡测量量有两类: 一类是直接比较分布函数和平衡态分布函数的动理学矩关系得到的, 一类是来自于Chapman-Enskog多尺度分析给出的热传导和黏性项. 基于第二类DBM, 可以实现(燃烧等)一大类复杂流体系统的多尺度物理建模.     

光机系统集成分析仿真研究

在与传统的光机系统设计方法对比下,构建了光机系统集成分析仿真的基本框架.以望远镜镜面为研究对象,选择Patran,Matlab/Simulink和Zemax作为软件环境,分别建立各自的独立模型,探讨了光机系统集成化分析的实现策略.在简要研究模型创建、模型简化等技术的基础上,编制了结构控制接口工具,实现了光机系统结构和控制的集成分析.在研究动态数据交换(DDE)技术的基础上,探讨了大数目光线追迹问题的解决方案,实现了Matlab和Zemax的动态数据交换和光机系统的光控集成分析,达到了光机系统光机控制集成分析的目的.     

屏蔽两芯线BCI等效替代辐照理论模型研究

针对大范围空间模拟强场电磁环境进行辐射效应试验难度大以及现有大电流注入（BCI）技术应用于非线性系统试验存在空白的问题,开展了屏蔽线耦合通道BCI等效替代辐照试验方法研究。以受试设备响应相等作为等效依据,建立了辐照法和注入法两种条件下受试设备响应的分析模型,推导出了注入激励源电压与辐照场强之间的等效对应关系,提出了BCI等效替代辐照的条件和试验方法,并进行了试验验证。研究结果表明,BCI方法是可以精确等效受试设备的辐照效应试验,试验误差不超过2 dB,能够满足工程的实际需求。     

柔性基础对ICF装置稳定性的影响

 为探讨土-结构相互作用（SSI）对惯性约束聚变（ICF）装置在地脉动作用下响应的影响,建立了某ICF装置刚性地基和柔性地基两种有限元模型。通过设置人工虚拟边界的弹簧单元和阻尼装置来考虑SSI效应,并且通过设置具有概率意义的弹簧刚度和阻尼系数,来模拟岩土特性参数的不确定性。两个模型地脉动随机响应结果的对比分析,揭示了柔性地基条件下SSI效应及岩土地基参数不确定性对装置的影响。研究表明,考虑岩性地基的柔性时,ICF装置主要部位的位移响应和转角响应分别放大了1.24和1.49倍。     

同轴脉冲形成线的运输振动环境适应性研究

为了准确评估某MV级Tesla型脉冲功率源的运输振动环境适应性水平,针对脉冲功率源中采用悬臂绝缘支撑结构的同轴脉冲形成线,通过仿真和试验结合的方法开展研究。针对叠层结构式内外磁芯,提出一种通过结构元胞等效材料参数和坐标变换的等效建模方法进行有限元建模,通过模态试验修正有限元模型,首次对比研究了绝缘油对形成线的模态频率和阻尼的影响,仿真分析了形成线车载运输典型工况的应力及响应,设计实施了大尺寸形成线等效件振动试验进行验证。通过振动试验发现了形成线结构存在非线性,通过仿真分析和等效件试验验证,同轴脉冲形成线现有结构设计基本满足车载运输振动环境适应性要求。     

钢纤维混凝土板在冲击与爆炸荷载下的K&C模型

钢纤维混凝土(Steel fiber reinforced concrete,SFRC)具有优异的延性、韧性及能量吸收能力,被广泛应用于各类防护结构。K&C模型已成为研究普通混凝土构件动力响应的常用材料模型,但仍无法准确表征SFRC的动力特性。为了提高K&C模型在冲击及爆炸荷载作用下预测SFRC板动力响应的能力,对K&C模型进行了改进:基于大量三轴压缩实验数据,建立了新的失效强度面参数模型;采用反复试验法,建立了新的损伤演化模型,并校准了拉、压损伤参数;基于大量高应变率下SFRC的单轴压缩实验数据,建立了新的受压动力增强因子模型。通过LS-DYNA显式有限元动力分析软件模拟了SFRC板的动力响应,模拟结果验证了上述改进的有效性与可靠性。     

冲击作用下框架结构的连续性倒塌性能

借助ANSYS/LS-DYNA软件建立了钢筋混凝土框架的有限元模型,研究了钢筋混凝土框架在冲击荷载作用下的连续性倒塌性能,冲击体质量为1000 kg,冲击速度为4 m/s。通过对钢筋混凝土构件冲击试验和框架倒塌过程的验证,保证了数值模拟的有效性。分析结果表明:冲击中柱后结构倒塌过程中,有"拱作用"向"悬索作用"转换的机制,中柱顶部位移先向上后向下,边柱顶部位移先向外后向内;同样冲击作用下,柱轴力越小,则抗冲击能力越强,不同的偏压作用对柱的抗冲击性能的影响不同;加密柱箍筋能够增强钢筋混凝土柱的抗冲击能力,延缓甚至避免钢筋混凝土框架结构的连续性倒塌。     

热辐射输运问题的隐式蒙特卡罗方法求解

热辐射与物质相互作用及辐射光子在物质中的传输是惯性约束聚变研究中的重要课题. 介绍了基于隐式蒙特卡罗方法的辐射输运方程,在该方程的积分-微分形式基础上,推导了利于蒙特卡罗方法模拟的等价的积分输运方程;基于积分方程设计数值模拟流程,编写三维蒙特卡罗数值模拟程序;针对热辐射输运典型问题及benchmark问题开展了数值实验,计算结果验证了方法的适应性及程序的正确性. 关键词： 热辐射 惯性约束聚变 输运方程 隐式蒙特卡罗