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。     

振动结构耦合动刚度的间接逆子结构辨识方法

耦合动刚度是复杂耦合结构振动分析中的一个非常关键的参数,其精确辨识对于结构振动特性评估与控制设计非常重要。为将逆子结构动态分析方法推广应用于振动结构耦合动刚度辨识,在建立了耦合动刚度逆子结构分析模型后,提供一种通过频率响应函数反演耦合结构动刚度的方法——间接逆子结构辨识法。最后采用单点和三点耦合二级子结构“质量-胶垫”实验模型,验证了逆子结构辨识方法的理论有效性,包括辨识精度的误差分析.实验与理论分析结果的一致性表明,与现有的直接逆子结构动态分析方法相比,该方法较常规辨识方法具有适用条件范围更宽、辨识精度更高的优点,可以提高工程结构参数的辨识精度,具有更好的工程应用可行性与有效性,为逆子结构动态分析方法辨识振动结构耦合动刚度进一步提供理论依据。     

基于模态匹配法的接触刚度

提出一种间接测量平面接触刚度的方法,准确量化粗糙表面的接触刚度,使得整个支架系统的固有频率模拟与测试结果得到良好的匹配。基于接触刚度模型、ANSYS有限元模拟方法以及模态测试方法,以地脚螺栓固定方式的测试件为例,验证了间接测量方法的准确性,使接触刚度得到准确量化。该方法可以为提高加速器磁铁支架系统的整体刚度提供依据。     

车载红外探测设备的光机结构设计

为了实现空气质量的实时监测,设计了一种车载红外探测设备的光机结构。该结构采用大孔径、无焦反射式光学系统,即高精度扫描反射镜实现了方位和俯仰0～360°扫描。通过有限元方法对系统进行静力学分析,结果满足光机结构设计要求。用锤击法对样机进行了模态测试,并对车载环境下的设备进行了振动实验。结果表明,光机结构一阶频率为52Hz,相对于车载环境的12．5Hz具有足够的动态刚度及结构稳定性,可保证该设备正常工作。     

基于Kriging代理模型的飞行器结构刚度气动优化设计

大飞机具有轻质大柔性特点,使得气动/结构耦合作用增强,在设计过程中需要考虑这种耦合效应,直接调用CSD/CFD方法计算周期长,无法满足工程需要.代理模型方法由于能显著提高工程优化设计的效率,已广泛应用于飞行器气动外形优化设计中.采用Kriging方法建立代理模型,通过求解EI函数最大值得到需添加的样本点以更新代理模型,提高代理模型的拟合精度,结合改进的粒子群最优化方法对大飞机的结构刚度进行了优化设计.结果表明,该优化方法能够处理复杂目标的全局优化问题,在保证升力系数及纵向稳定性能不恶化的前提下,降低飞机巡航状态的飞行阻力.      

高能光源束流位置探测器支撑架结构优化设计

从热稳定性和振动稳定性两个角度出发,优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构;通过ANSYS有限元模态分析,验证了结构的热膨胀变化量和特征频率;采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试,结果表明,支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm,均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法,得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值,进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。     

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。     

运载火箭结构动特性分析工具的设计与实现

运载火箭的结构模型复杂,只有通过开发专用的仿真分析软件,才能高效、便捷的对其开展动力学特性分析。为保证工具建设的实用性,该软件基于航天领域应用广泛的Patran/Nastran软件进行二次开发。针对仿真分析流程,设计实现了运载火箭结构动特性分析工具,涵盖了建模与计算模块、结果后处理模块、模态筛选模块与模型修正模块,并提炼了其中的关键技术。经工程实践表明,工具可提升设计效率,且计算结果准确、通用性与扩展性强,在工程中具备良好的应用价值。     

地脉动作用下主机装置靶室结构稳定性分析与评估

在大型固体激光器结构稳定性设计中,数值模拟结果是结构稳定性设计的主要依据,故数值模拟的可信度至关重要。为了评估装置稳定性计算结果的可信度,基于现代模型验证与确认技术中关于不确定性源的量化及传播分析方法、模型形式误差与预测推断的叠加方法研究,对靶球结构的最大位移响应进行了预测推断。稳定性分析中为了快速进行不确定性参数的传播和灵敏度分析,使用二次响应面模型作为代理模型,灵敏度分析结果表明模态阻尼比对靶球结构的稳定性影响更大。对关心量的稳定性预测结果表明,靶球结构最大位移响应的上界与稳定性设计指标相比,安全裕度仍大于7,说明主机装置的稳定性设计具有足够的可信度。     

基于实验模态的某结构动力学模型修正

目前，动力学建模主要有3种方法：理论建模、实验建模、理论与实验综合建模。理论建模的主要方法是有限单元法，它所建立的有限元模型往往不能完全真实反映结构实际情况，计算结果与实验结果可能不一致。实验建模主要是基于实验模态分析方法。它可以识别结构动力学模型，能够用来修正有限元模型，使其模态参数与实验结果一致或基本一致。第3种方法也被广泛采用，通过大型有限元分析软件建立结构的有限元模型，计算理论模态参数，再结合实验识别出的模态参数对有限元模型进行动力学修正。     

集成光学建模工具及光机性能仿真分析

针对以往光机系统集成仿真存在的诸多缺陷,从光线扰动理论出发,开发了应用于集成仿真的光学建模工具软件。以某望远镜系统为研究对象,进行了有限元建模和模型转换,将模型数据植入MATLAB/Simulink仿真环境下,借助光学建模工具软件搭建了系统集成仿真模型,分析了在噪声干扰下对系统光学性能的影响。分析结果揭示了干扰信号对系统光束的扰动影响。仿真过程表明了该软件工具的适用性。     

Exact dynamic stiffness elements based on one-dimensional higher-order theories for free vibration analysis of solid and thin-walled structures

In this paper, an exact dynamic stiffness formulation using one-dimensional (1D) higher-order theories is presented and subsequently used to investigate the free vibration characteristics of solid and thin-walled structures. Higher-order kinematic fields are developed using the Carrera Unified Formulation, which allows for straightforward implementation of any-order theory without the need for ad hoc formulations. Classical beam theories (Euler–Bernoulli and Timoshenko) are also captured from the formulation as degenerate cases. The Principle of Virtual Displacements is used to derive the governing differential equations and the associated natural boundary conditions. An exact dynamic stiffness matrix is then developed by relating the amplitudes of harmonically varying loads to those of the responses. The explicit terms of the dynamic stiffness matrices are also presented. The resulting dynamic stiffness matrix is used with particular reference to the Wittrick–Williams algorithm to carry out the free vibration analysis of solid and thin-walled structures. The accuracy of the theory is confirmed both by published literature and by extensive finite element solutions using the commercial code MSC/NASTRAN^®$\mathrm{MSC}/{\mathrm{NASTRAN}}^{\circledR }$.     

Physical modeling of an optical memory cell based on quantum dot-in-well hybrid structure

In this paper we present a physical modeling and simulation result of an optical memory cell based on a semiconductor quantum-dot in quantum-well hybrid structure. The physical modeling and simulation were done in Crosslight Apsys software which offers advanced models for photoelectric devices. We have optimized the scan conditions, iterative algorithm and other simulation parameters in order to obtain a solution. The calculated I–V and C–V curves agree with the experimental results and demonstrate that the cell can be used for photon storage.     

基于束间动态干涉的快速匀滑新方法

针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求,提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法.基本原理是利用共轭相位板阵列对存在一定波长差的多束激光附加相位调制,从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样,进而引起焦斑内部散斑的动态扫动,在ps时间内抹平不均匀性.以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例,通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型,定量分析了相位板类型、相位调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律,进而对其束匀滑特性进行了讨论.结果表明,基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动,且通过与传统束匀滑技术的联用,可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性.     

基于广义等价理论的高保真共振计算方法

采用伪核素方法,建立了能够精确快速处理干涉效应的计算方法,在分析广义等价理论特点的基础上,提出了高保真的共振计算方法。该方法首先根据实际问题的几何,建立238U的非均匀共振积分表,基于此核素采用广义等价理论处理栅元间的互屏效应,获得不同位置燃料棒的背景截面,然后根据背景截面在非均匀截面表中插值建立不同燃料棒的等效栅元,在此栅元的基础上根据实际问题中燃料棒内的温度分布和核素分布进行超细群计算,从而获得燃料棒内不同位置共振核素高保真的有效共振截面。     

基于广义等价理论的高保真共振计算方法

采用伪核素方法,建立了能够精确快速处理干涉效应的计算方法,在分析广义等价理论特点的基础上,提出了高保真的共振计算方法。该方法首先根据实际问题的几何,建立238U的非均匀共振积分表,基于此核素采用广义等价理论处理栅元间的互屏效应,获得不同位置燃料棒的背景截面,然后根据背景截面在非均匀截面表中插值建立不同燃料棒的等效栅元,在此栅元的基础上根据实际问题中燃料棒内的温度分布和核素分布进行超细群计算,从而获得燃料棒内不同位置共振核素高保真的有效共振截面。     

基于遗传小波神经网络的机器人腕力传感器动态建模研究

提出一种基于改进遗传算法进化小波神经网络用于机器人腕力传感器动态建模的新方法,介绍了该算法原理.该方法利用腕力传感器的动态标定数据,用改进的遗传算法来优化小波神经网络结构和参数,建立腕力传感器的动态模型.结果表明,采用遗传小波神经网络进行腕力传感器动态建模,能克服误差反向传播算法存在易陷入局部极小点的缺点,网络的复杂度、收敛性和泛化能力得到了好的综合,建模的速度和精度得到提高. 关键词： 腕力传感器 动态建模 小波神经网络 遗传算法     

A wide dynamic range laser rangefinder with cm-level resolution based on AGC amplifier structure

A pulsed time-of-flight (TOF) laser rangefinder with a pulsed laser diode and an avalanche photo diode (APD) receiver is constructed and tested. Trigged by an avalanche transistor, the laser diode can emit a periodic pulse with rise time of ～2 ns. A new structure with auto gain control (AGC) circuits both in the pre-amplifier and the post-amplifier is presented. Through this technology, not only the dynamic range of the receiver is extended, but also the walk error of timing discriminators is reduced. Large measurement range from 5 m to 500 m is achieved without any cooperative target. The single-shot precision is 3 cm for the weakest signal. Compared with previous laser rangefinders, the complexity of this system is greatly simplified.