任意空间曲面近似展开成平面的增量有限元算法

提出了任意空间曲面近似展成平面的准则,证明了这一准则与有限单元法中节点残余力向量等于零的等效性,推导了空间曲面展成平面的增量有限单元计算方法。对于可展曲面,本文方法给出的是精确的展开平面;对于不可展曲面,本文方法给出的是最接近的展开平面。本文方法具有计算快速、收敛稳定、易于实现等特点。本文理论可用于工程中的各类曲面展开问题,特别适用于膜结构的裁剪设计。     

用白光散斑的直接记录法测量曲面变形

本文提出以物体表面精细光学结构在白光照射下辐射率随机分布函数作为散斑场,以全息软片为记录介质,采取无镜头成象技术,得到宽频域的散斑底片,并用有一定带宽的准单色光进行全场分析,测量可展曲面变形,其结果不仅具有较高的灵敏度,较大的灵敏度调节范围,而且其中的准备过程、记录过程和分析过程比现有的各种测量曲面变形的散斑法都要简单,该方法将可展曲面变形问题简单地转化为平面问题处理,保留了白光散斑直接记录法在测量平面变形时的全部优点,并能脱离暗室在工程现场中应用。     

含刚性体可展开结构的展开过程动力学分析方法

在可展结构中设置刚性体可以有效提高展开效率,保证形状精度,因此含刚性体可展结构具有较高的实用价值。刚性体按需要可为刚性曲板等,一般形状复杂且形式多样,含任意形状刚性体可展结构的展开过程动力学分析比较困难。本文以笛卡尔坐标系下节点坐标及位移为变量,利用广义逆矩阵建立了一种通用的刚性体动力学方程,给出了利用Newmark—...     

中面接近规则曲面的薄壳的基本方程

本文以张量分析及小参数法给出了中面接近某一规则曲面的薄壳的解法,任意不规则中面的薄壳均可以用与之相当接近的规则曲面逼近之,从而可以把不规则薄壳的求解问题化为常见的薄壳的求解问题.文中附有中面接近圆柱面、圆锥面及球面的薄壳的例.     

曲面曲率对Rayleigh波传播特性的影响

对任意形状的均匀各向同性线弹性曲面物体,用 WKB～（1）方法求解了沿曲面传播的Rayleigh表面波的运动微分方程,同时考虑了波传播方向及其垂直方向曲面曲率对波的穿透性的影, 所获波动方程的势函数解答表明,在一般情况下垂直波传播方向的曲面曲率对波的穿透深度的影响是不容忽视的.进而以同种介质平面表面情况下的Rayleigh面波的传播特性为基准,给出了曲面曲率引起波数或波速变化的解析表达式.通过理论分析和数值算例,描述了曲面上Rayleigh面波传播行为的一些基本特征.     

双稳态复合材料可折展柱壳研究综述

双稳态复合材料可折展柱壳在展开与卷曲状态均为稳定状态,具有结构简单、收纳效率高、展开过程可靠等优势,在空间可展开结构中具有广泛应用前景。针对双稳态复合材料可折展柱壳,梳理了双稳态实现机制及稳态构型预报分析模型,介绍了不同分析模型的基本思路及优缺点;然后,总结了可展开柱壳折展过程分析方法;还介绍了双稳态复合材料可折展柱壳的应用研究现状;最后,探讨了该类结构在空间可展开结构应用中所需进一步解决的问题。     

部分相干像面散斑技术

本文以光的部分相干性理论为指导,讨论了部分相干像面散斑(通常称为白光散斑)技术的关键.其结果可与激光像面散斑媲美.     

二维材料曲面生长:力学与化学的邂逅

理解二维材料在曲面上的生长形态和机制具有重要的理论和应用价值,但现有关于二维材料曲面生长的力学行为及形貌演化规律的研究极为缺乏.二维材料曲面生长会导致薄膜变形及其相关的应力/应变.这类应力可引发二维材料的滑移、屈曲、褶皱、断裂和离面运动等二次力学行为,并直接与生长反应耦合,进而改变材料的生长过程.与化学能和表面扩散主导的平面生长不同,曲面生长二维材料的形貌受曲面几何形状和材料力学行为的共同影响,会产生更为复杂多样的生长形貌.通过总结国际上相关研究进展,剖析了模拟曲面生长二维材料所面临的科学问题,并论述了如何结合原子模拟(如分子动力学和蒙特卡罗模拟)与唯象理论(如相场方法)开展多尺度计算研究,再辅以实验揭示二维材料曲面生长规律.     

空间可展机构非光滑力学模型和动力学研究

空间可展机构广泛应用于展开和支撑柔性太阳能帆板和航天工程领域中的有效载荷, 包括抛物面天线、平面相控阵雷达和合成孔径雷达等. 非光滑特性及其相应的动力学现象在空间可展机构的设计中有着非常重要的作用. 该文系统地综述了空间可展机构非光滑力学建模与非线性动力学的研究进展. 首先详细描述了含间隙铰链的接触碰撞力和摩擦力等非光滑特点;然后系统地介绍了含间隙机构的动力学建模方法、分析方法和参数设计;进一步简单介绍了含间隙铰链空间可展机构的非线性动力学特性, 如谐波共振、周期运动的稳定性和各类分岔等;最后提出了空间可展机构非光滑动力系统动力学、稳定性与控制中亟待解决的若干问题.     

一种大变形曲壳单元

本文用壳中面节点的位移矢量和节点处壳中面单位法线矢量的矢端位移矢量构造了一种大变形曲壳单元,它是大变形曲壳单元的一般形式,能包括已有的大变形曲壳单元,且公式最简单,计算中采用的载荷增量或位移增量可以很大。     

正交曲线坐标中的曲壳单元

本文建立了正交曲线坐标中的曲壳单元。采用这种单元不仅使程序简化,使输入输出方便,而且由于能较好地拟合壳体曲面的真实形状,并在厚度方向直接积分,从而节省了机时并能提高精度。     

考虑面力密度的力法找形和预应力精确确定

随着膜结构应用领域的拓宽,实践对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求。考虑膜单元的面力密度的力法找形方法,通过调整面力密度能够获得不同形状的曲面。对索膜结构找力分析的优化复位平衡法,能够对给定的拓扑曲面求解获得精确的自平衡预应力分布。把面力密度的力法找形和优化的复位平衡法的找力分析结合起来,能够完成形状构造的全过程,丰富了索膜结构的形状构造理论。     

超音速气流中受热曲壁板的非线性颤振特性

基于von Karman 大变形理论及带有曲率修正的一阶活塞理论, 用Galerkin方法建立了超音速气流中受热二维曲壁板的非线性气动弹性运动方程; 采用牛顿迭代法计算得到由静气动载荷和热载荷引起的静气动弹性变形; 根据李雅谱诺夫间接法分析了壁板初始曲率与温升对颤振边界的影响; 对二维曲壁板的非线性气动弹性方程组进行数值积分求解,分析了动压参数对受热二维曲壁板分岔特性的影响, 给出了典型状态下曲壁板非线性颤振响应的时程图与相图. 分析结果表明对小初始曲率的曲壁板, 温升对其静气动弹性变形影响较大, 且随着温升的增加其颤振临界动压急剧减小; 对具有较大初始曲率的曲壁板, 温升对其静气动弹性变形的影响较弱, 且随着温升的增加颤振临界动压基本保持不变. 初始几何曲率与气动热效应使得曲壁板具有复杂的动力学特性, 不再像平壁板一样, 经过倍周期分岔进入混沌, 而会出现由静变形状态直接进入混沌运动的现象, 且在混沌运动区域中还会出现静态稳定点或谐波运动, 在大曲率情况下, 曲壁板不会产生混沌运动, 而是幅值在一定范围内的极限带振荡.      

考虑横向剪切,周边弹性支承浅球壳的非线性静动力分析

1 基本方程在法向均布载荷q(t)作用下的浅球壳如图1所示.壳上任一点的坐标由中曲面的地理坐标((?),θ)及沿中曲面外法线方向的坐标z 确定.u,v,w 分别为沿(?),θ,z 方向的位移;ψ_1,ψ_2分别为球壳横截面在(?)-z 和θ-z 面内的转角;ρ_0为单位体积的质量,且ρ=     

齿轮有限元强度计算的单元自动生成

本文提出了一种专用于齿轮有限元强度计算的单元自动生成办法,只需输入法截面内一半数据,便可自动生成空间二十节点等参元的全部数据。本文严格地以实际齿面方程所描述的齿廓曲面体为计算对象,并按轮齿法截面划分单元,也适合于其他柱面体和螺旋面体的有限元计算。     

叶轮机械沿任意曲线运动方程的通用形式及其应用

本文从[1]提出的叶轮机械内气体流面的概念出发,推导出了叶轮机械内理想气体沿任意曲线运动方程的通用形式。由这一通用形式可以方便地得到各类流面计算问题的各种特殊形式。讨论了运动方程推导和应用中的若干问题。对于S_1流面为回转面及S_2流面为任意空间曲面的情况编写了电子计算机计算程序。在S_1流面的求解中提出了一种满足下游区周期性条件的简化处理方法,在S_2流面的求解中还给出了一种手算的近似方法。介绍了一些例题的计算结果。      

用于物体表面形貌和变形测量的三维数字图像相关方法

使用单个摄像机的二维数字图像相关方法通常仅局限于平面物体的面内变形测量,而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限,可对平面和曲面物体表面的三维形貌和载荷作用下的三维变形进行测量。本文介绍了三维数字图像相关方法的基本原理及其关键技术,并用两个典型的实验验证了该方法的有效性。     

基于自适应泡泡法的薄壳结构拓扑优化设计

为有效解决薄壳结构拓扑优化设计难题,并满足其对分析模型精度和优化结果质量的高要求,结合等几何壳体分析方法提出一种基于自适应泡泡法的新型拓扑优化设计框架.等几何分析技术在薄壳分析方面具有天然的优势:一方面可为薄壳结构建立起精确的NURBS分析模型,避免了模型转换操作及误差;另一方面还可保证待分析物理场的高阶连续性,无需设置转角自由度等.为了在给定壳面上实现结构的拓扑演化,借助NURBS曲面(即等几何分析中的薄壳中面)的映射关系,仅需在规则的二维参数区域内改变结构拓扑即可.鉴于此,采用自适应泡泡法在壳面参数区域内开展拓扑优化,该方法包含孔洞建模、孔洞引入和固定网格分析3个模块,其在当前工作中分别基于闭合B样条、拓扑导数理论和有限胞元法实现.其中,闭合B样条兼具参数和隐式两种表达形式,参数形式便于在CAD系统中直接生成精确的结构模型;隐式形式不仅便于开展孔洞的融合/分离操作,还能与有限胞元法有机结合以替代繁琐的修剪曲面分析方法.理论分析和数值算例表明,所提优化设计框架将复杂的薄壳结构拓扑优化问题转化为简单的二维结构拓扑优化问题,在保证足够分析精度的基础上使用相对很少的设计变量就可得到具有清晰...     

周边式桁架可展开天线基于地面的网面调整

借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用该方法在地面上对周边式桁架可展天线进行网面调整,能有效地消除地面重力的影响,较为准确地预测天线由于环境变化(由地面环境到太空环境)而引起的变形,使得最终调整获得的天线表面精度能够满足太空无重力环境下的精度要求,这种新方法对工程中天线的设计和网面调整具有指导作用。     

贴片散斑法及其应用

贴片散斑法将一种可剥离铝箔贴附在试件表面,经随机划痕制栅后,以其精细的光学结构和高度的反射本领,在白光或激光照射下,表面辐射率随机分布函数作为散斑场,采取直接记录手段,用全息底片对此作物体变形前后的两次曝光,所得到的散斑底片将包含宽广的空间频谱范围,且全场分析条纹清晰、灵敏度高、量程调节范围大。此方法不仅适用于各种材料的直接散斑法测量,具有经济、可靠、操作简便的特点,还能应用于平面及可展曲面构件的现场量测。