八极绕法对光纤陀螺温度性能的影响

通过深入研究八极绕法,实现了改善光纤陀螺温度性能的目的.在光纤陀螺Shupe误差数字离散公式的基础上,建立了采用八极绕法绕制的光纤环圈的有限元模型.对基于八极绕法的光纤环圈中的Shupe误差进行了以匝为单位的量化分析.根据建立的基于八极绕法的光纤环圈温度分布模型,分析了在相同的径向温度激励下八极绕法与四极对称绕法对陀螺性能的影响.结果表明:采用八极绕法绕制的光纤环圈与采用四级对称绕法绕制的光纤环圈相比,陀螺热致速率误差减少了80％,与实验结论相符.     

4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善

应力和温度是影响光纤陀螺特性的两个重要因数,环圈骨架是它们对光纤环施加影响的载体。本试验所制作的4J32芯轴式环圈骨架具有良好的热对称结构,低的热导率,以及几乎与光纤纤芯一致的热膨胀系数,所以它不仅可以降低光纤环轴向温度梯度,减小光纤环整体的温度梯度变化率,而且也能有效地减小环圈骨架和光纤环之间因热膨胀不一致导致的热应力对陀螺的影响。通过理论和有限元分析,结合多个光纤环样本的试验,可以看到:4J32芯轴式环圈骨架相对铝材料的骨架,其对陀螺的整体性能有将近一倍的改善作用。     

基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法

随着光纤陀螺的实用化,发现载体振动会引起光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的测量误差增大,对光纤陀螺的性能指标造成不可忽视的影响。对干涉式数字闭环光纤陀螺,从弹光效应出发,分析了振动对光纤陀螺光路的影响机理,得出了振动影响下光纤环中反向传播的光信号非互易相移误差信号的表现形式,并针对此提出了通过合理安装光纤环,使光路满足互异性,来抑制振动情况下光纤陀螺输出信号噪声和漂移。实验结果表明,该方案有效降低光纤陀螺输出信号的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移,使得陀螺振动误差减小了一个数量级。     

用于改善光纤陀螺全温标度因数变化的环圈制作工艺

全温标度因数变化大小直接影响光纤陀螺的应用效果。随着中高精度光纤陀螺在复杂工况下的广泛应用,对陀螺标度因数变化的要求也在不断提高。光纤长度和光纤环平均直径在全温范围内的变化量是全温标度因数变化最大的影响因素。本文介绍了控制该变化量的常规方式,并提出通过不同排纤方式和不同光纤环窗口比的方法来进一步减小这种变化量的方法。通过仿真和试验证实:某型中等精度光纤环在不同制作工艺条件下全温标度因数变化量有将近300×10~(-6)的差值。     

光纤陀螺的热分析与热设计方法

光纤陀螺随温度变化产生的热噪声及热致非互易性相移误差直接影响其使用精度。为解决温度问题,分析了光纤陀螺工作的热环境,根据光纤陀螺的体积功率密度选择了自然冷却方法,包括导热、自然对流和辐射换热的单独作用或组合。通过分析光纤线圈及其他光电器件的温度特性及温度变化产生误差的机理,指出热设计的目的是控制光纤陀螺内部的温度场分布及最高温度,并对光纤陀螺的热设计方法进行研究,包括光纤线圈的热设计、光电器件的安装方式、控制电路的热设计等。由最后热仿真与测试结果可知,热设计方法合理可行。     

基于角速率积分法的光纤陀螺标度因数不对称度测量方法

标度因数不对称度是评价光纤陀螺的一项重要指标,对其进行精确测量在高精度导航应用中具有重要意义。传统的测试方法受转台速率控制精度限制,很难精确测量小于1×10-6的不对称度。首次提出基于角速率积分的标度因数不对称度测量方法。该方法给定转台正反方向转动的角度,由固定在转台上的被测光纤陀螺进行角速率测量,并对输出值积分,从而得到标度因数不对称度。该方法基于转台位置控制,避免了转速不稳定及正反向转速不对称等因素造成的影响。还对可能引起测量误差的因素进行了分析。最后采用角速率积分法测得高精度光纤陀螺标度因数不对称度小于1×10-6。     

基于不对称方波调制的光纤陀螺本征频率测试方法

针对工程化过程中本征频率测试不方便的问题,提出了一种新的解决方法。从光纤陀螺本征频率的测试机理出发,采用不对称方波对Y波导进行调制,分析解调信号,得到相邻脉冲宽度差值的绝对值与调制频率的关系,将本征频率的测试转化为极值搜索问题,提出了结合直接数字合成技术和极值搜索算法的设计方案。方案通过Matlab仿真进行验证,结果表明,该测试方法的测试精度可达0.1kHz。与传统测量方式相比,基于不对称方波调制的测试方法可以实现光纤陀螺本征频率的自动测试,测试精度高、速度快。     

线圈隔热层对光纤陀螺温度误差的影响分析

针对温度变化所引起的光纤陀螺非互易相移误差,详细研究了隔热材料对减小热漂移误差的作用,并详细比较了使用不同厚度隔热层的光纤陀螺在相同变温历程下的热漂移误差大小以及达到热平衡状态所需的时间。仿真结果表明,当隔热层的厚度由0mm变化到4mm的过程中,热漂移误差的峰值由0.12(°)/h降低到了0.08(°)/h,同时达到热平衡的时间从2 520 s增加到了3 600 s。利用该仿真结果,可以在保证热启动时间满足条件的前提下找到一个最优的隔热层厚度,从而使热漂移误差的峰值最小。     

铍铝合金在提高光纤陀螺动态性能方面的应用

光纤陀螺在应用环境确定的振动条件下保持输出精度是光纤陀螺工程化的必然要求,结构材料的选择直接影响输出精度。从陀螺结构的振动性能理论分析出发,将铍铝合金材料应用在轻小型光纤陀螺的关键结构设计中,通过建立有限元模型并仿真铍铝合金结构陀螺的振动性能,陀螺可满足谐振点大于2 k Hz的要求。加工、装配了铍铝结构实验样机(精度要求0.1(°)/h)并进行了多次10 Hz~2 k Hz正弦扫频振动实验。扫频过程中振动传感器未检测到结构的谐振,陀螺输出零位偏置变化0.04(°)/h,噪声水平与振动前后相当。结果表明铍铝合金材料优良的特性满足轻小型光纤陀螺振动性能要求,在严格重量约束下能降低结构设计难度,符合航空航天领域对惯性仪表质量苛刻的要求。     

光纤陀螺温度漂移误差的建模与补偿综述

结合近年来国内外的科研成果,介绍了光纤陀螺温度效应机理,综述了温度漂移误差的建模与补偿方法,并着重介绍了软件建模补偿的进展状况.当前,软件建模补偿的方法得到了广泛的应用,对于中低精度光纤陀螺,补偿后的精度普遍能够达到使用要求;对于中高精度光纤陀螺,也能够做到有条件的适用,但是距离实际应用还有待于进一步的提高.最后,结合自己对于中高精度光纤陀螺温度补偿的工作情况,针对温度试验的设计、软件建模的方法等提出了几点看法.     

封装光纤线圈的胶粘剂对光纤产生的热应力影响

分析了外加应力对光纤消光比的影响，对封装后的光纤线圈建立了简化的力学模型。根据弹性力学原理，利用有限元分析方法对其进行热应力分析，结果表明通过减小胶粘剂的热变形量可以减小对光纤的热应力影响。此外还进行了实验验证，所得实验结果与理论分析基本符合。     

基于等几何分析的比例边界有限元方法

提出了一种具有比例边界有限元的半解析特性和等几何分析的几何特性的新方法。该新方法是在比例边界有限元框架中用NURBS曲线或曲面精确描述域边界几何形状,同时域边界位移场采用描述几何形状的NURBS形函数等参构造。这种新方法具有比例边界有限元固有的径向解析特性和NURBS的高阶连续性的优点。数值算例显示,与传统的比例边界有限元相比,基于等几何分析的比例边界有限元方法提高了域边界单元和域内应力场的连续性,减少了计算自由度。应用此方法可以用较少的计算自由度获得更高连续阶和更高精度的位移、应力和应变场。     

AN IMPROVED ARC-LENGTH METHOD AND APPLICATION IN THE POST-BUCKLING ANALYSIS FOR COMPOSITE STRUCTURES

Based on the conventional arc- length method, an improved arc- length method with high-efficiency is proposed. The weighted modifications with respect to the variation of structural stiffness and extra-interpolation modification by using the information of known equilibrium points are introduced to improve the incremental arc- length . An approximate expansion method for the accumulated and expected arc-length is used to ensure the convergence at given load levels in large range of applications. Numerical results show that the improved arc-length method has well adaptability and higher efficiency in the post-buckling analysis of plates and sheik structures for tracing whole load-deflection path and obtaining the convergence values at any specified load levels.     

A new method for stress analysis of a cyclically symmetric structure

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ｗｈｉｃｈａｒｅｎｏｔａｘｉ＿ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ,ｂｕｔｃｙｃｌｉｃａｌｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃ,ｏｒｃａｌｌｅｄｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙｐｅｒｉｏｄｉｃ,...     

SEMI-ANALYTICAL AND SEMI-NUMERICAL METHOD FOR DYNAMIC ANALYSIS OF FOUNDATION

A semi-analytical and semi-numerical method is proposed for the dynamic analysis of foundations. The Lamb's solution and the approximate formulae were used to establish the relation of the contact force and deflection between the foundation and soil. Therefore, the foundation can be separated from soil and analyzed by FEM as for the static cases. The plate can be treated as that the known forces are acting on the upper surface, and the contact pressure from soil can be represented as the deflection. So that only the plate needs to be divided into elements in the analysis. By this method, a series of vibration problems, including various shapes and rigidities of foundations, different excitation frequencies, were analyzed. Furthermore, it can be used for the embedded foundation. The numerical examples show that this method has simplicity, highly accurate and versatile. It is an effective method for the dynamic analysis of foundations.     

Cracking analysis of fracture mechanics by the finite element method of lines （FEMOL）

The Finite Element Method of Lines (FEMOL) is a semi-analytic approach and takes a position between FEM and analytic methods. First, FEMOL in Fracture Mechanics is presented in detail. Then, the method is applied to a set of examples such as edge-crack plate, the central-crack plate, the plate with cracks emanating from a hole under tensile or under combination loads of tensile and bending. Their dimensionless stress distribution, the stress intensify factor (SIF) and crack opening displacement (COD) are obtained, and comparison with known solutions by other methods are reported. It is found that a good accuracy is achieved by FEMOL. The method is successfully modified to remarkably increase the accuracy and reduce convergence difficulties. So it is a very useful and new tool in studying fracture mechanics problems. The English text was polished by Yunming Chen.     

非确定性结构静动态特性稳健优化设计

本文研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求解。在考虑结构设计变量和其研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健性优化设计问题的数学模型和数值求 解. 在考虑结构设计变量和其他参数随机分布的前二阶矩的条件下,采用基于二阶摄动法的 随机有限元方法对结构响应的平均值和方差进行近似求解. 在摄动法有限元分析的框架下, 提出以一般函数形式表达的结构性能的平均值和标准差及其灵敏度的计算格式. 将结构 稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准 差,约束函数的变异也给予考虑. 优化问题采用基于函数梯度的算法进行求解. 文中给出的数值算例显示了方法的有效性.     

Numerical analysis of one-dimensional nonlinear large-strain consolidation by the finite element method

The nonlinear partial differential equation model of Gibson et al. which governs one-dimensional large-strain consolidation is solved numerically using a semi-discrete formulation involving a Galerkin weighted residual approach. The use of quadratic Lagrange basis functions usually complicates the task of solving the system of time-dependent ordinary differential equations that are obtained with the semi-discrete Galerkin procedure. However, an efficient algorithm has been discovered yielding the advantages of quadratic interpolation without undue computational burden.Although considerable effort has already been made to solve the PDE of large-strain consolidation by numerical methods, a satisfactory set of benchmarks is still needed to assess accuracy. To fill this need, three procedures are reported which allow numerical solutions of the large-strain model to be reliably evaluated. One involves the use of perturbation methodology to provide a solution when only self-weight effects are present. A second utilizes an analytical solution developed by Philip when self-weight effects are absent and the third involves the exact calculation of the discharge flux through the upper boundary of a deposit consolidating through self-weight effects alone. All three are restricted to early-time consolidation and are illustrated in the context of the finite element method.