冰载荷下不锈钢复合板挠度特性分析

以复合板中面的挠度响应作为不锈钢复合板抗冲击性能的评价指标,基于能量法和经典层合板理论,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型。该分析模型将整个动态响应分析过程分为冰载荷计算分析和动力学方程求解两个阶段。分析了冰载荷模型的面倾角、冲击速度和碰撞位置对冰载荷的影响,确定极端工况参数,汇总接触面的节点力数据;分析了层厚比对挠度响应的影响规律;基于LS-DYNA有限元仿真以及数值算例分析,对比挠度响应仿真结果和解析计算值,验证了本文简化解析模型的准确性,研究结果对不锈钢复合板抗冲击性能分析和评估具有一定的参考价值。     

DYNAMICAL CHARACTERISTICS ANALYSIS FOR UNILATERAL CONSTRAINED SIMPLY SUPPORTED BEAM WITH HARMONIC WAVE EXCITATION1)

为研究间隙碰撞对系统动力学响应的影响,以理想简支梁的振型函数为Rayleigh--Ritz基函数建立了单侧约束简支梁系统的非线性离散动力学方程组,应用数值方法研究了系统在基础谐波激励下的动力学响应特征及其对共振频率线性等效方法适用性的影响。研究表明：非线性动力学系统间隙产生的局部碰撞,使得系统振动能量在系统各阶模态之间转移,使得线性等效方法失效;即使进行非线性分析,也需要考虑系统固有频率远大于激励频段上限的模态。     

基础谐波激励单侧约束简支梁系统的动力学特征分析

为研究间隙碰撞对系统动力学响应的影响,以理想简支梁的振型函数为Rayleigh–Ritz基函数建立了单侧约束简支梁系统的非线性离散动力学方程组,应用数值方法研究了系统在基础谐波激励下的动力学响应特征及其对共振频率线性等效方法适用性的影响。研究表明:非线性动力学系统间隙产生的局部碰撞,使得系统振动能量在系统各阶模态之间转移,使得线性等效方法失效;即使进行非线性分析,也需要考虑系统固有频率远大于激励频段上限的模态。     

火炮立楔式炮闩抽筒系统的动态特性

针对火炮立楔式炮闩抽筒系统中的卡壳和构件动态断裂等抽筒故障,以动力学理论为基础,将其转化为系统动态特性的定量研究。分析了抽筒系统的工作机理并建立了连续接触动力学模型,定量地推导出药筒及系统内接触构件的运动规律和碰撞载荷。建立了杠杆式抽筒子在抽筒过程中的弹性波动模型,采用该模型能够定量地得出抽筒子的动应力分布和力学参数的影响。进行了理想抽筒工况下理论模型的数值计算和实体模型的仿真模拟,同组比较结果验证了定量分析模型的合理性。所建模型可为解决抽筒故障提供理论依据,也可为抽筒系统的动力学和结构优化设计作铺垫。     

IKAROS太阳帆第一阶段展开过程的动力学行为分析

空间结构的在轨展开涉及到复杂的高维强非线性动力学问题,这些动力学问题的建模及仿真技术是航天动力学领域的难题,也是对在轨展开过程施加控制的前提条件。本研究以IKAROS太阳帆在轨第一阶段展开过程为例,基于哈密顿变分原理,建立中心刚体-主动伸长柔性梁耦合动力学模型;采用保结构分析方法,关注动力学系统的局部动力学行为,在恒定转矩驱动和恒定功率驱动两种工况条件下,对IKAROS太阳帆第一阶段展开过程进行仿真;发现两种工况条件下的中心刚体转动角速度演化规律差别显著,恒定转矩做功将导致中心刚体的转动稳定性变差,同时,恒定功率驱动工况下,IKAROS太阳帆第一展开阶段节能效果较好。     

高速公路防撞垫计算模型动力响应的研究

为减少防撞垫传统设计过程中对实车碰撞试验和三维数值仿真分析的依赖,将防撞垫简化为多个串联的吸能元件,并将车辆和吸能元件均简化为弹簧-质量单元。采用多自由度弹簧-质量系统模拟车辆正面碰撞防撞垫的过程,最终得到相应的计算模型。以包含两个吸能元件的防撞垫为研究对象,使用显式动力学软件LS-DYNA对计算模型进行数值分析,并验证了计算模型的准确性。在满足国内乘员安全规范的前提下,对防撞垫计算模型的屈服荷载Py、屈服前刚度kd、屈服后刚度kt、形状系数c进行了研究,完成了1.3t的车辆以60km/h速度正面撞击防撞垫工况下,防撞垫计算模型的动力响应分析。     

考虑颗粒碰撞的多重Monte Carlo算法

从减少计算代价和改进碰撞算法出发, 提出了考虑颗粒碰撞的多重Monte Carlo算法, 它采用直接模拟Monte Carlo算法来考虑颗粒碰撞, 并与求解颗粒拉氏Langevin方程的Monte Carlo算法耦合起来, 跟踪比实际颗粒数目小得多的虚拟颗粒. 提出了时间步长选定标准、虚拟碰撞伙伴所在控制容积的判断准则、颗粒碰撞发生的判 断准则、虚拟碰撞伙伴的选择、基于随机碰撞角度的碰撞动力学, 构成了考虑颗粒碰撞的完整多重Monte Carlo算法. 对理想工况的细微颗粒流和粗重颗粒流进行了数值模拟, 颗粒碰撞率的模拟结果与理论分析解和DNS结果均符合很好, 颗粒场演变的细节信息, 如时间平均和特定时刻的颗粒数密度, 速度和颗粒湍动能等, 均与DNS结果符合很好. 数值模拟结果证明该算法不仅具有较低的计算代价, 而且能够达到足够的计算精度.     

泰氟龙烧蚀对黏性激波层电子密度的影响

采用黏性激波层基本方程组对有无泰氟龙烧蚀两种情况下的钝锥体化学非平衡绕流作了数值求解,以研究泰氟龙烧蚀对流场电子密度的影响规律.算例结果表明:泰氟龙烧蚀确有降低流场电子密度的效应.平衡催化壁工况下这种效应的强度,显著大于非催化壁工况下的强度;远下游截面处的这种效应的强度,显著大于驻点区的强度.此外,通过计算结果分析,对形成上述影响规律的原因作了初步讨论.     

气体模型对再入飞行器气动力热环境影响的数值研究

复杂外形再入飞行器的设计,需对气动力热环境进行预测,由于不同的气体模型会对预测的结果产生影响,所以气动设计时就必须考虑这一影响.采用热化学平衡气体模型和双温度热化学非平衡气体模型对复杂外形再入飞行器的气动力热环境进行了数值计算;分析了气体模型对气动力、壁面热流等值线、驻点线平动温度、振动温度、组分质量分数等特征量的影响...     

含分数阻尼特性元件的多体系统动力学研究

在绝对节点坐标体系下研究了具有分数导数阻尼特性元件的多体系统动力学建模、求解问题. 采用基于绝对节点坐标的无闭锁效应剪变梁单元离散柔性构件,建立了含常数质量矩阵的系统动力学方程, 并采用数值耗散可控的广义a方法求解. 通过数值算例计算,对比研究了算法参数与阻尼项的分数指数对系统动力学响应的影响规律.该方法可以进一步扩展到众多工程实际问题研究中.      

On the dynamics of the fluid balancer

This paper is concerned with the dynamics of a so-called fluid balancer; a hula hoop ring-like structure containing a small amount of liquid which, during rotation, is spun out to form a thin liquid layer on the outermost inner surface of the ring. The liquid is able to counteract unbalanced mass in an elastically mounted rotor. The paper derives the equations of motion for the coupled fluid–structure system, with the fluid equations based on shallow water theory. An approximate analytical solution is obtained via the method of multiple scales. For a rotor with an unbalance mass, and without fluid, it is well known that the unbalance mass is in the direction of the rotor deflection at sub-critical rotation speeds, and opposite to the direction of the rotor deflection at super-critical rotation speeds (when seen from a rotating coordinate system, attached to the rotor). The perturbation analysis of the problem involving fluid shows that the mass center of the fluid layer is in the direction of the rotor deflection for any rotation speed. In this way a surface wave on the fluid layer can counterbalance an unbalanced mass.     

月牙形空腔结构金属靶的抗弹性能分析

为提高金属靶的抗弹性能,设计了一种含有月牙形空腔结构的金属靶。利用ABAQUS软件对月牙形空腔结构在12.7 mm穿甲燃烧弹弹芯侵彻下的弹体偏转性能进行了数值模拟研究,讨论了月牙形状、弹着点和空间排布对弹体偏转效果的影响。结果表明:月牙形状对弹体的偏转效果有显著的影响;空腔结构在不同弹着点表现出不同的弹体偏转性能,处于空腔胞元最薄弱处附近的弹着点弹体偏转角度明显小于其他位置;空腔胞元空间排布的非对称化处理能够提升空腔结构对子弹的偏转效果。     

机抖激光捷联惯导系统静态圆锥运动形成机理

以三轴机械抖动激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,详细讨论了静态环境条件下圆锥运动的形成机理以及机械抖动激光陀螺的惯性参数对惯导系统圆锥运动的影响规律。研究认为,在静态环境条件下,惯导系统的质量分布特性不是产生圆锥运动的原因;惯导系统在静态环境条件下出现的圆锥运动是由于机械抖动陀螺抖动机构的三类不平衡——静不平衡、动不平衡和配不平衡造成的。     

Effect of parameters on the rubbing condition of an unbalanced rotor system with initial permanent deflection

A rotor-stator rubbing Jeffcott model of a rotor system with mass unbalance including the mass eccentricity and the initial permanent deflection was set up and the corresponding governing motion equation was derived by d’Alembert principle. Through the analytical method, the rubbing condition was analyzed. Whether the rub would happen and when the rub would happen were well solved. The amplitude of the rotor center was calculated, and the rubbing factor was introduced to determine whether the rub would happen or not for all rotating speeds. Rubbing speeds when rub began to happen were obtained. Parameters such as the mass eccentricity, the initial permanent deflection, damping coefficients, and the phase angle between the mass eccentricity and the permanent deflection were used to analyze their effect on the rubbing condition. Results were obtained and could be used to prevent the rubbing fault or decrease the damage of the rub and diagnose or balance the initial permanent deflection fault.     

Vibration analysis of undamped,suspended multi-beam absorber systems

The vibration analysis of an Euler-Bernoulli beam with an attached rotary unit is first carried out assuming no unbalance. For comparison purposes, two different beam end boundary conditions are considered: a simply-supported and a clamped-clamped condition. The problem is then extended to the vibration behavior of the initial beam when subjected to a harmonic load due to an unbalance in the rotary unit. To absorb the ensuing vibrations, a secondary passive beam system is suspended from the primary beam which consists of two continuous leaf springs and three discrete masses. The absorption frequency is obtained by exploring the deflection norm of the primary beam versus dimensionless frequencies of the system. To ensure the appropriateness of the procedure for similar multi-beam absorber systems, an experimental set-up is established and analytical results are verified.     

模拟滚弯非稳态过程的虚拟载荷法

采用传统的拉格朗日有限元模型模拟三辊滚弯的非稳态过程时,受到网格数量和接触算法的影响,计算效率难以提高.受计算流体力学的启发,将滚弯机跨内空间视作一维流场,工件挠曲线视作流场中的变量,采用欧拉观点建模,可以大大减小网格数量,同时降低接触处理的难度.将欧拉观点控制方程中的迁移项归结成一个附加的虚拟载荷,将其定义为型材空间构型不变而材料流动导致的内力不平衡量.通过引入该载荷,在经典平面梁单元的基础上稍加修改,得到适于小曲率滚弯模拟的欧拉单元平衡方程.算例表明,在相同网格尺寸下,虚拟载荷法和传统的有限元模拟结果均与理论解吻合良好;但前者的计算效率更高,结果更加光滑可靠.     

横向爆炸载荷下薄壁圆管的动态响应

采用实验研究、理论分析和有限元模拟相结合的方法，研究了横向爆炸载荷作用下薄壁圆管的动态响应。利用弹道冲击摆锤系统，对圆管在爆炸载荷下的动力响应进行了实验研究，分析了薄壁圆管的变形模式；基于地基梁模型，建立了横向爆炸载荷作用下圆管跨中挠度的理论模型，并进行了无量纲化；通过有限元模拟，分析了圆管的几何参数对其变形模式和跨中挠度的影响，并与理论结果进行了对比。研究结果表明:随着TNT药量增加圆管的变形区域和跨中挠度增大；圆管的长径比、厚度及爆炸载荷参数对圆管的变形模式有较大影响；理论预测、有限元模拟结果与实验结果吻合较好。     

冲击载荷作用下圆孔缺陷对裂纹动态扩展行为的影响规律

空腔和裂纹缺陷通常共存于深部地下岩体中,它们共同影响着岩体的结构安全性与稳定性。为了探究动力扰动载荷下圆形空腔对裂隙岩体内裂纹扩展行为的影响规律,提出了不同圆孔倾角的直裂纹空腔圆弧开口试件（circular opening specimen with straight crack cavity, COSSCC）,利用自制大型落锤冲击实验装置进行动态加载实验,同时采用裂纹扩展计系统测试了裂纹的动态起裂时刻与裂纹扩展速度等各种断裂力学参数,随后采用有限差分软件Autodyn进行裂纹扩展路径与圆孔周围应力场的数值分析,并采用有限元软件Abaqus计算裂纹的动态起裂韧度与裂纹扩展过程中的动态扩展韧度。结果表明:（1）当圆孔倾角θ小于10°时,裂纹扩展路径会偏折并穿过圆孔表面;当圆孔倾角θ为20°与30°时,裂纹扩展路径向圆孔方向发生偏折但不会穿过圆孔,圆孔具有明显的裂纹扩展引导作用; 当圆孔倾角θ为40°与50°时,裂纹扩展路径不会发生偏折,圆孔引导作用明显减弱。（2）当裂纹扩展路径达到圆孔空腔附近时,裂纹尖端的拉伸应力区与圆孔边缘的拉伸应力区发生重合,此时裂纹扩展速度显著增大,裂纹动态断裂韧度显著减小。（3）裂纹的偏折方向与裂纹尖端最大周向应力的方向基本一致。（4）裂纹动态断裂韧度始终小于裂纹起裂韧度,且裂纹动态断裂韧度与裂纹动态扩展速度呈负相关关系。裂纹动态扩展速度越大,裂纹动态断裂韧度越小。     

Effects of a dynamic trailing-edge flap on the aerodynamic performance and flow structures in hovering flight

To examine the effects of wing morphing on unsteady aerodynamics, deformable flapping plates are numerically studied in a low-Reynolds-number flow. Simulations are carried out using an in-house immersed-boundary-method-based direct numerical simulation (DNS) solver. In current work, chord-wise camber is modeled by a hinge connecting two rigid components. The leading portion is driven by a biological hovering motion along a horizontal stroke plane. The hinged trailing-edge flap (TEF) is controlled by a prescribed harmonic deflection motion. The effects of TEF deflection amplitude, deflection phase difference, hinge location, and Reynolds number on the aerodynamic performance and flow structures are investigated. The results show that the unsteady aerodynamic performance of deformable flapping plates is dominated by the TEF deflection phase difference, which directly affects the strength of the leading-edge vortex (LEV) and thus influences the entire vortex shedding process. The overall lift enhancement can reach up to 26% by tailoring the deflection amplitude and deflection phase difference. It is also found that the role of the dynamic TEF played in the flapping flight is consistent over a range of hinge locations and Reynolds numbers. Results from a low aspect-ratio (AR=2) deformable plate show the same trend as those of 2-D cases despite the effect of the three-dimensionality.     

铺层参考方向选取对大展弦比机翼静气弹特性影响

以大展弦比机翼为研究对象，利用流固耦合方法对复合材料机翼铺层参考方向进行了数值模拟研究，分析了铺层参考方向轴偏角的改变对大展弦比机翼静气动弹性的影响．研究表明：铺层参考方向轴偏角的改变会对机翼气动弹性产生显著的影响．机翼的总体变形与扭转变形随着参考方向轴偏角的改变呈现周期分布；沿着机翼各个方向的挠度也会因为参考方向轴偏角的改变而产生不同的响应．