海冰动力学中本构模型研究的若干进展

从20世纪70年代, 人们在不同尺度下建立了一系列的海冰动力学本构模型用于海冰数值模拟和预测. 将目前应用的海冰动力学本构模型分为弹塑性、黏塑性、各向异性和颗粒流体动力学中的黏弹塑性模型4类,并分别讨论了各类模型的特点和适用范围. 尤其对在极区及副极区大、中尺度下广泛应用的黏塑性及其改进的本构模型进行了深入地分析. 最后得出: 在大、中尺度下建立海冰动力学的黏弹塑性本构模型是提高海冰动力学计算精度的有效途径; 将小尺度下采用黏弹塑性本构模型的海冰颗粒流体动力学的计算时效进一步改进后, 可在大、中尺度下对海冰的重叠、堆积特性进行模拟; 进一步开展海冰动力学的尺度效应研究, 进行海冰本构模型的实验验证, 并建立不同尺度模型间的相互联系也应是海冰动力学本构模型研究的重要内容.      

结构动力优化设计发展综述

结构动力优化设计既是结构力学的一个新兴分支,也是结构优化设计理论的一个重要组成部分。长期以来,工程师、设计师都在探索如何改善自己的产品的动力性能。他们想更好地控制发电机的临界转速分布,想使造出的楼房有更好的抗震性能且造价合理,要让飞机、船舶产生的振动对人和仪器造成的危害降至最低限度,等等。但由于数学及分析手段的限      

基于77GHz毫米波雷达接收天线的周期性条形阵列解耦结构优化方法

阵列天线是77 GHz毫米波雷达的核心硬件之一,其天线性能决定着雷达的探测能力。由于工作频率的升高以及毫米波雷达小型化、集成化的发展趋势,使得雷达阵列天线阵元间距过密,从而相互干扰出现强互耦效应,严重恶化雷达阵列天线的性能。为了解决上述问题,本文提出了一种基于77 GHz毫米波雷达接收天线的周期性条形阵列解耦结构优化方法。该方法通过优化周期性条形阵列解耦结构单元的条形厚度和间距,在保证阵列天线辐射性能的基础上,来抑制毫米波雷达接收天线阵元间的互耦并提高其阵元间的隔离度。仿真结果表明,相比于无解耦结构的阵列天线,提出的解耦结构能够有效地降低毫米波雷达接收天线间的耦合,尤其在中心频率77.75 GHz处互耦减少了13.29 dB。在施加周期性条形阵列解耦结构前后,阵列天线均在77.5 GHz～78.5 GHz指定频段内正常工作,且合成辐射方向图的最大增益几乎保持不变,从而保证了毫米波雷达阵列天线的辐射性能。典型的数值算例能够很好地验证所提方法的有效性。     

面向增材制造的双蒙皮夹层结构加筋拓扑优化方法

双蒙皮夹层结构是航空航天装备中的特殊承力结构,其典型代表为发动机尾喷管中的同步环构件。近年来,增材制造技术为该类薄壁结构的创新型设计提供了有利条件。但增材制造有其特殊的工艺要求,基于传统拓扑优化得到的设计结果往往存在大量的悬空区域,无法直接应用于增材制造工艺。因此,需要在优化设计阶段统筹考虑结构的力学性能和自支撑工艺约束。针对上述问题,本文提出了一种面向增材制造的双蒙皮夹层薄壁结构加筋拓扑优化方法,可在一次优化中同时得到优化的加筋布局和非均匀点阵分布,从而解决悬空结构的支撑问题,确保优化结果的工艺可达性。为了平衡计算成本和分析精度,本文采用渐进均匀化方法来求解不同类型单胞等效弹性性能,以适应不同复杂单胞构型。基于上述方法,本文给出了某发动机同步环结构的拓扑优化算例,结果表明,本文优化设计方法可以实现双蒙皮夹层结构中夹层加筋和点阵的共同优化,为航空航天装备中发动机同步环结构轻量化设计提供了思路。     

基于参变量变分原理的直升机系留载荷高性能计算方法

为了保证直升机在舰船上的安全性,必须使用系留设备将直升机系留在舰船上。直升机的系留问题可简化为由机身刚体、索具和起落架组成的杆件系统,索具只承受拉力而不承受压力,起落架只承受压力而不承受拉力。因此,直升机系留问题为典型的强非线性问题,需要发展有效的求解算法。在考虑大变形的情况下,基于参变量变分原理建立了求解直升机系留载荷的高性能计算方法。 该方法利用参变量变分原理能够准确判断索具和起落架的拉压状态,并将材料非线性静力问题转换为线性静力互补问题求解,极大地提高了结果的收敛性。数值算例中,通过与有限元通用软件NASTRAN和ABAQUS计算结果比较,证实了该方法的精确性、收敛性及高效性。     

基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component,MMC)的框架下,提出了一种解决传力机...     

含冰率影响下冻结道砟集料的三点弯曲试验研究

寒区有砟轨道中碎石道床在低温冰冻条件下的力学性能与常温明显不同，道砟颗粒间的冻结强度是影响道床动力学特性的一个重要参数。为进一步探究级配碎石在冻结条件下的弯曲力学性能，设计并制备了不同含冰率的冻结碎石集料试样，通过开展室内低温三点弯曲试验，研究了含冰率对冻结试样加载力-挠度曲线及弯曲强度的影响，并分析了冻结试样的断裂行为及断裂耗能情况。试验结果表明，试样的弯曲断裂失效过程可以分为脆性断裂和峰后应变软化型断裂两部分，加载力-挠度全曲线在脆性断裂时出现明显加载力跌落现象，而在应变软化型断裂过程中曲线下降趋势平缓。含冰率的提高显著增大了试样的弯曲强度，含冰率与弯曲强度之间的关系可近似线性表示。高含冰率试样弯曲脆性断裂时试样中部下方可观察到明显的受拉裂纹，并沿着道砟接触面向上不断扩展。含冰率较低时，试样脆性断裂耗能略高于应变软化型断裂耗能，其耗能占总消耗能量的70%以上，试样以脆性断裂为主；随着含冰率增大，试样脆性断裂能占比急速下降，应变软化型断裂逐渐占主体且不容忽视。     

求解带自由面渗流问题移动网格法的改进及其工程应用

采用有限元固定网格和移动网格相结合的方法,求解带自由面的坝体稳定渗流问题。本方法是针对一般坝体的结构,在有限元网格生成之后,又自动生成了网格移动所需的信息,实现了网格在迭代计算中随自由面的变化自动均匀移动;讨论了网格奇异的不同类型,提出了避免单元形状怪异的移动网格方法;在欧拉空间中分区记录坝体不同的渗透性能,在网格移动到新位置后,自动识别网格所在的物性空间,从而确定单元在新位置上的渗流系数。本文将该方法应用到吉林丰满混凝土重力坝防渗加固的实际工程当中,在考虑大坝原有防渗措施的前提下,利用数值分析,研究了防渗芯墙对大坝渗流性能的影响。计算结果表明,加芯墙后坝体自由面位置明显下移,湿水部分大为减少,坝基扬压力没有明显提升,下游出水点位置没有明显下降。计算过程表明,本文方法及措施具有很好的收敛性与稳定性,且收敛性与自由面初始位置的选择无关。     

聚能侵彻体作用下钢-CFRP层合板的防护性能

碳纤维增强复合材料（carbon fiber-reinforced polymer,CFRP）具有优越的抗侵彻性能，正逐渐应用于舰船抗爆抗冲击防护设计。为了研究钢-CFRP层合板在聚能侵彻体作用下的防护性能，基于任意拉格朗日-欧拉方法建立聚能装药空中爆炸对钢-CFRP层合板破坏的数值模型，探究聚能装药的空中爆炸载荷特性及其对钢-CFRP层合板的毁伤机理。采用等面密度方法，设计了CFRP作为面板、背板和夹芯层时多种钢-CFRP层合板形式，通过侵彻后侵彻体头部降速以及层合板破口大小，讨论了CFRP敷设位置对层合板防护效果的影响，给出了较优的敷设形式。在此基础上，对层合板的厚度进行优化。结果表明：CFRP-钢-CFRP夹芯结构在聚能侵彻体作用下的防护效果最佳，较佳的厚度比为4.0∶1.4∶4.0。     

电流变“Smart”轴承动态特性分析

本文采用作者提出的二次规划法为基础的双线性流变有限元方法分析了电流变“Ｓｍａｒｔ”轴承的动态特性,给出了在不同偏心率下轴承油膜八项动态特性系数随电压改变的曲线。通过对轴承－转子系统的稳定性分析,发现若加大油膜电压将会提高轴承的稳定性