一种时域载荷识别数值算法及其不适定性研究

某结构在试验中,经历了持续时间很短的出水过程,试验中获得了该状态下关键位置响应的时间历程,需进行结构试验环境适应性分析。本文将杜哈梅卷积积分离散化,推导了时域内载荷与响应之间的传递函数矩阵;基于该传递矩阵的逆运算发展了一种时域内载荷识别方法,该方法在数值仿真过程中往往出现累计误差过大导致不收敛的现象,研究分析发现这属于反问题中典型的不适定性问题,并采用最速下降法有效克服了该不适定性问题;同时还考察了该算法在不同信噪比下的识别精度。研究结果表明,正弦、随机、半正弦冲击等多种载荷均获得了较准确的识别结果。本文提出的方法便于复杂工程结构有限元模型的应用。     

基于PANDA平台的光机部件随机振动响应分析

基于PANDA自主并行计算平台，采用模态叠加法开展了多点基础激励作用下的随机振动响应分析算法设计和并行实现研究，构建了相应的并行求解模块。针对光机装置打靶样机中的六自由度平台结构，基于自主研发的软件模块，分析了该结构的模态特性及结构在地脉动载荷下的微振动响应，并与试验结果及商业软件分析结果进行了比对，在模态频率、振型和位移响应方面，都具有较好的一致性，验证了相关软件模块的正确性和PANDA平台在实际工程结构分析中的可用性。     

光机靶室钢混结构基于动刚度等效的简化建模

钢混结构分离式有限元建模方法由于考虑了钢筋的实际分布，其计算精度较高，但建模过程复杂繁琐。开展了基于动刚度等效的钢混结构简化建模研究，该方法将钢筋和混凝土考虑为一种等效材料。研究中首先以典型钢混组合结构为例，以等效模型与分离式模型的模态特性等效为目标，建立了分部件的动刚度等效模型，然后将各部件等效模型组合成整体结构等效模型，数值仿真结果显示在相同载荷作用下，整体参考模型与整体等效模型的响应分布非常接近，而等效模型的规模远小于参考模型，说明了该等效建模方式的有效性。进一步将该等效建模方法应用于神光Ⅲ主机靶室钢混结构的动力学分析中，并计算了该巨型光机结构等效模型在实测基础加速度激励下的随机振动响应，靶球上各方向的响应实测结果与计算结果较为吻合。所采用的动刚度等效建模方法可应用在巨型光机结构动力学稳定性的进一步研究中。     

基于Tahoe框架的某夹具并行计算

在开源软件Tahoe框架基础上,结合有限元前后处理程序MSC.Patran及Tecplot,对某复杂夹具进行建模.通过区域分解、编制接口和采用PHG中提供的PCG(preconditioned conjiugate gradient,预处理共轭梯度法)迭代解法成功实现262×104自由度模型的串、并行计算.结果表明,并行计算收敛速度更快,4进程并行计算时间不到串行计算时间的1/4.通过与商用程序MSC.Nastran比较,验证计算结果的正确性.利用大型并行计算机对该模型并行计算性能进行研究,获得最高32进程的并行计算加速比.研究表明,改进后的Tahoe计算框架对于开展大规模自由度下的结构并行计算分析研究是可行的,并且随计算节点增加,并行计算过程基本呈线性加速.     

基于PANDA平台的多点基础激励谐响应的并行计算

基于PANDA自主并行计算平台，采用模态叠加法对多点基础激励作用下的谐响应分析开展算法设计和并行实现研究，构建相应的并行求解模块.结合商业有限元软件对研发模块的正确性进行验证；将该模块应用于某光机装置，实现11.88亿自由度超大规模的高效并行求解.结果表明：研发的多点基础激励谐响应分析模块可用于复杂装备的高效精细数值模拟，具备强大的并行计算能力，最大可扩展CPU核数可达数千个，远超现有通用商业有限元软件.     

强脉动压力下飞行器随机振动分析算法与并行实现

以飞行器再入大气层过程中承受多点强相关脉动压力下的随机振动分析为研究背景,从自由体模态分析入手,考虑脉动压力之间的强相关性,建立自由体动力学方程并推导刚-弹模态耦合作用下的随机振动理论,完成算法设计并在自主并行软件平台PANDA中进行代码实现,通过典型飞行器算例开展正确性验证和应用研究。研究表明：飞行器再入过程的刚体运动对结构在低频段的响应影响显著,甚至起到主导作用,越靠近零频附近,这种影响越大;在中高频段,弹性响应逐渐占据主导地位。基于自主研发形成的随机振动分析模块可以较好地模拟飞行器再入过程脉动压力诱导的随机振动响应,具备超大规模并行计算能力。     

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。     

大口径反射镜结构的两种参数优化方法

大口径反射镜在自重作用下发生变形，变形过大会引起镜片通光表面的峰谷值较大，难以满足光机装置打靶精度的要求。建立了典型反射镜结构的有限元仿真模型，以计算镜片表面峰谷值；优化了安装柱的位置、尺寸及镜片厚度等参数，使镜片通光表面形变峰谷值最小。分别采用了基于有限元模型的直接优化和基于代理模型的优化，均获得了结构最优参数，使形变峰谷值比初始值降低了74%。相比而言，基于代理模型的优化还可提供目标量随设计变量的变化情况以及变量灵敏度分析，更有利于设计决策。当设计变量个数多、范围宽时，可先根据先验知识或低精度代理模型缩小设计范围，然后建立紧缩范围的高精度代理模型并进行优化，可有效避免大量计算。根据“三圆柱”支撑结构的参数优化结果，建议采用“四圆柱”支撑设计，以获得更高的面形精度。     

大规模多点基础激励随机振动并行计算研究

解决大规模装备响应预测问题的有效途径是发展高性能结构动力分析软件.本文针对多点基础激励随机振动问题,推导并优化了相关求解公式.依靠JAUMIN框架和PANDA平台开展算法设计,研发出了多点基础激励随机振动并行求解模块.应用实例验证了算法和研发模块的精确性,在天河机群上测试了该模块的并行可扩展性.研究结果表明,研发模块具...