基于压电导率特性识别结构裂纹方法的研究

基于粘贴于外部主体裂纹在压电陶瓷片导率的变化,实验提取出梁系统的变民模态频率。建立了考虑压电陶瓷片影响的裂纹梁的特性方程,根据裂纹梁的固有频率的变化,采用剪切弹簧模拟裂纹的方法,进行了裂纹的识别,结果表明满足一定的识别精度。     

基于小波神经网络的高精度惯导重力扰动补偿方法

重力扰动矢量(空间同一点实际重力与正常重力之差,包括垂线偏差和重力异常两部分)一直是惯性导航系统的重要误差源之一。针对重力扰动误差精确补偿问题,推导并建立了考虑重力扰动的惯导误差方程,并提出了基于小波神经网络的重力扰动补偿方法。通过仿真验证了小波神经网络的重力扰动补偿方法对惯导导航精度的提高效果。24 h仿真结果表明:所提出的重力扰动补偿方法能有效减小惯导导航系统误差,经重力扰动矢量补偿后,速度误差最大能减小约0.2 m/s,降低约30%,位置误差最大能减小约3000 m,降低约25%。     

板壳式换热器波纹倾角对换热和阻力性能影响

研究了波纹倾角（α=45°,60°,75°）对板壳式换热器单流道内单相流动与换热过程的影响,分析了波纹流道内的速度分布、湍动能分布、压力分布和温度分布;基于范宁摩擦阻力因子f和Nu与Re的关系,提出了板壳式换热器不同波纹倾角下换热特性和流动阻力特性的预测关联式;通过计算不同波纹倾角下的综合性能评价指标（performance evaluation criteria,PEC）和面积质量因子（j/f）综合评价了流动与换热性能。结果表明：波纹倾角是影响圆形板间流体流动形态的因素之一,随着波纹倾角增大,会出现“十字交叉流”向“曲折流”转变;所提出的关联式能够很好地预测板壳式换热器内阻力与换热性能,阻力特性偏差在±14%范围内,换热特性偏差在±7%范围内;α为45° 时,j/f较大,流道内阻力相对小;α为60° 时,PEC较大,流道内换热性能相对强。

     

翼缘板连接的管幕结构抗弯性能的影响研究

STS(Steel Tube Slab)管幕结构是一种用于修建地铁站,下穿有隧道、道路、铁路的新型地下支护体系,它是采用混凝土、翼缘板、螺栓将若干个钢管连接起来,形成一个共同受力的支护结构。但STS管幕工法仍存在不足,在STS管幕结构的基础上加以改进,并采用有限元软件研究了翼缘板连接的管幕结构受弯性能的影响。结果表明:钢板连接形式的管幕结构,在一定范围内,极限承载力和横向刚度随混凝土强度的提高而增加较小;翼缘板厚度的增加对横向刚度影响较小,但对极限承载力影响较大,翼缘板厚度每增加1mm,极限承载力提高16.67k N左右;上下翼缘板间距对构件的极限承载力影响较大,翼缘板间距每增加50mm,极限承载力增加100k N左右。     

陀螺仪在线性能及故障AR模型和神经网络方法的研究

本着眼于惯导系统中在线运行的陀螺仪性能和故障诊断的研究。针对无故障和两种故障下采集到的陀螺仪前置放大器在线输出信号,分别采用AR模型法和神经网络法进行分析,并绘出相应的模型功率谱图。通过比较和分析之后,得出信号模型功率谱图可作为判断陀螺仪性能和故障的一种依据的结论。     

基于S-ALE方法的圆柱体垂直出水破冰研究

以往针对结构物垂直贯穿冰层破裂的研究多不考虑水的作用, 与实际应用场景不符. 本文应用 LS-DYNA 有限元软件建立了基于结构化-任意拉格朗日欧拉(S-ALE)流固耦合方法及罚函数接触算法的冰?水?结构物耦合作用数值模拟方法. 采用欧拉算法描述空气域和水域, 采用拉格朗日算法描述圆柱体结构和冰层结构, 使用弹塑性应变率模型表征冰材料力学性质. 自主搭建了圆柱体垂直贯穿冰层试验台架, 验证了有限元方法计算结构物?冰层相互作用问题的可行性. 通过模拟圆柱体垂直出水破冰过程, 并与无水环境下圆柱体垂直贯穿冰层破裂过程进行对比. 结果表明: 有水环境下结构物?冰层间作用存在“水垫效应”; 冰层突破载荷极值大小与有、无水环境无显著变化; 有水环境下的结构物突破冰层冰载荷持续时间明显长于无水环境下持续时间; 有水环境冰层弹性变形阶段更长, 且有水环境冰层挠度变化大于无水环境下的挠度变化. 本文研究成果为极地冰区环境下结构物垂直出水破冰的结构强度计算及优化设计提供了研究基础.      

叶片与蜗舌相对位置对离心泵性能数值模拟精度影响的研究

本文选择RANS方程和RNG k-ε湍流模型,采用有限体积法,在假定流动定常的前提下对离心泵中叶片与蜗舌不同相对位置时的流场进行数值模拟,总结分析了各性能参数的计算误差在不同的相对位置时的变化规律.通过叶片与蜗舌不同相对位置时对各性能参数计算误差的均方差进行比较,认为存在一个合适的相对位置使得对各性能参数的总体预测精度保持最高,为数值方法分析离心泵的性能提供了指导.     

基于Kalman滤波原理对惯导中重力扰动的估计及补偿方法

重力扰动(空间同一点实际重力与正常重力之差,包括垂线偏差和重力异常两部分)一直是惯性导航系统的重要误差源之一。随着惯性器件精度的逐步提高,重力扰动所引起的导航误差已成为高精度长航时惯导系统的主要误差之一,不能被忽略,必须对其进行补偿。针对重力扰动误差精确补偿问题,只考虑重力异常的情况,推导并建立了考虑重力异常的惯导误差方程。对误差传播进行了分析,利用Kalman滤波原理设计了带有重力异常状态量的状态方程,并利用GPS和惯导的速度误差作为观测量对重力异常进行滤波并对滤波后得到的重力异常值对惯导重力异常项补偿。进行了2 h的仿真,结果表明:Kalman滤波后可得到当地的重力异常值,重力异常补偿后,速度误差精度可以提高约0.3m/s,姿态精度提高约0.3′,位置精度提高约150 m。     

基于边缘采样UKF滤波的捷联惯导初始对准方法

设计了基于四元数的捷联惯导非线性初始对准模型,同时指出该模型仅仅是姿态误差四元数和速度误差的非线性函数,而对于惯性器件误差而言则是线性的。针对该模型的部分线性特性,设计了基于边缘采样的UKF滤波算法,该算法仅对状态量中的非线性子集进行采样,因此对于部分线性模型而言,该算法在不损失滤波精度的前提下能够有效降低算法计算量。仿真及车载实测数据实验表明所研究的初始对准模型和相应的滤波算法是有效的,而且较传统方法具有明显的计算量方面的优势;在达到相同对准精度的前提下,所设计算法的计算量较传统算法降低了52%。     

基于平面度的燃料电池电化学性能模拟

固体氧化物燃料电池的翘曲会影响电极-盖板界面的接触情况,从而影响电化学性能,对相关制造工艺提出了很大的挑战.为了分析燃料电池平面度对放电过程的影响,揭示其潜在的风险,我们建立了两个基于有限元法的仿真模型,对考虑平面度缺陷的燃料电池封装和放电进行分析.在对固体氧化物燃料电池进行平面度测量的基础上,首先建立了具有真实燃料电池翘曲特性的几何模型,分析封装过程中接触压力的分布情况.然后将接触电阻的仿真结果导入到三维多物理场耦合模型中,模拟具有平面度缺陷的燃料电池电化学性能.计算结果展示了燃料电池两侧封装过程中接触压力的分布情况.通过对比有接触电阻和无接触电阻的燃料电池电流密度,分析了电池与盖板的接触对放电过程的影响.结果表明,燃料电池的凹陷面较难达到满意的接触状态,需要比凸起面更大的封装压力.燃料电池表面接触电阻的变化将引起电流传导路径的变化,产生局部高电流或低电流.这项工作强调了在燃料电池中保持均匀分布的接触电阻的重要性,为今后的优化工作奠定了基础.     

基于FPM方法的入水问题数值模拟研究

结构体入水作为一个高度非线性的冲击动力学问题,广泛存在于船舶海洋和军事等工程领域,因此,对该问题进行精确而高效的数值模拟是十分必要。采用有限质点法(finite particle method, FPM),结合无反射边界,数值模拟研究了二维结构体入水的动态过程。通过分析楔形体入水所受的垂向力、速度和压力,并与相关文献结果对比分析,验证了该方法的有效性。在此基础上,对不同工况下的入水问题进行了模拟,研究了不同尺寸、形状、初速度和质量等情况下,结构入水冲击时垂向力和速度随时间的变化规律,以及不同时刻下压力响应的变化趋势。研究结果表明：楔形体的底升角尺寸、结构体形状、入水初速度和质量等因素都会直接影响结构体入水的力学特性,为入水结构体的力学设计提供了参考。     

雷达尾涡对垂尾气动性能的影响

基于雷达-垂尾简化模型,通过数值模拟来分析雷达尾涡效应对垂尾气动性能的影响机理,探讨了不同安装角以及几何外形变化对雷达尾涡效应的影响.结果表明:在一定范围内加长雷达法向直径可使月牙状三维涡的三维性减弱,从而减弱雷达尾涡效应,但当雷达侧面母线倾斜时反而增强雷达尾涡效应.     

波动数值模拟的一种显式方法——一维波动

本文提出了波动时域数值模拟的一种新的显式方法,并通过一维非规则网格节点递推公式的建立说明此方法。为了阐明应用此法构建高精度、稳定递推公式的可行性,详细论述了一维均匀网格标量波动数值模拟的精度和稳定性;提出了构建时空精度皆为 阶( 为正整数)的稳定递推公式的技术途径,并以构建二阶(M=1)和四阶(M=2)公式为例予以说明。最后,通过算例详细说明了本文理论结果。     

轴向冲击载荷下开孔薄壁方管吸能特性的研究

利用有限元软件ABAQUS对开孔薄壁方管在轴向冲击载荷作用下的变形规律与吸能特性进行了数值仿真分析,并根据数值模拟结果进行了多目标优化。在薄壁方管的每个侧面上开六个长方形孔,通过改变长方形孔的长度和宽度来研究开孔薄壁方管的耐撞性。结果表明:在研究的范围内,除开孔尺寸为20mm×5mm的薄壁方管外,其余开孔薄壁方管的破坏模式为外延式破坏模式,其变形过程为动态渐进屈曲;当开孔长度增大时,开孔薄壁方管初始峰值力减小;当开孔长度和宽度同时增大时,开孔薄壁方管平均载荷均减小;开孔面积越大,管吸收的能量和比吸能越小;开孔长度不变时,随着宽度的增大压缩力效率降低,当宽度不变时,随着长度的增大压缩力效率增大。基于开孔方管的数值模拟结果构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据各目标的偏好确定方管的开孔尺寸。     

基于在线数据自动记录装置的船用惯导系统快速故障诊断方法

为提高惯导系统可测试性,缩短惯导故障维修时间,提出了针对惯导系统测试的在线数据自动记录装置(ODAE)设计方案,给出了在线数据自动记录装置的功能和硬软件组成,并结合某型惯导系统给出了排除故障的维修实例,证明该类测试设备可以有效降低人员工作强度,并提高数据记录的完整性、准确性和规范性,为惯导系统故障诊断提供了有力的数据支持.     

捷联惯导系统结构参数对机抖陀螺抖动幅度的影响特性研究

建立了单陀螺惯导系统等效二自由度模型，讨论了陀螺抖动频率随基础结构固有特性的变化规律，并利用数值试验的方法研究了基础结构与机械抖动系统的频率比、惯量比、基础结构的阻尼比以及陀螺抖动系统阻尼比对陀螺抖动幅度的影响规律。     

基于置信规则库的冗余惯导在线故障诊断与重构方法

针对火箭、导弹等飞行器中采用多表冗余设计方案的惯导系统在线故障诊断与重构所面临的故障状态数据缺乏、专家知识强不确定性、飞行过程高实时性要求等难题,提出了基于置信规则库（BRB）专家系统的惯导系统在线故障诊断与重构方法,通过融合不确定性知识与测试数据实现系统信息使用量的最大化。为提高在线故障诊断与重构的实时性,设计了一种基于输出误差影响度自适应扩散的在线更新信息调整策略,将输出误差作为反馈因子,在保证建模精度的同时,降低所需在线更新信息量,提高了在线诊断与重构的实时性。为验证所提方法的有效性,在某型号多加速度计的惯导系统中开展了实验验证,结果表明其故障诊断精度为96.75%,使用的数据量能够根据建模精度进行实时调整,提高了故障诊断与重构的实时性。     

铝合金板材塑性性能的研究

铝合金在汽车工业中的广泛应用对于降低汽车重量、减少燃油消耗和汽车尾气的排放量具有十分重要的意义，但其室温塑性成形性能却受到了锯齿形屈服行为的影响，从而制约了铝合金进一步的推广应用。本文基于合金材料塑性变形过程中位错和溶质原子间相互作用的分析，建立了一个可用于描述锯齿形屈服现象的唯象本构模型。该模型将溶质原子对位错运动的钉扎效应和位错挣脱后的脱钉效应置于一个统一的框架内进行考虑，而这两个效应的相互竞争将决定材料宏观变形行为的发展演化。基于该模型的数值模拟结果和实验测试结果取得了良好的一致性，从而验证了理论和模型的有效性。     

铝合金板材塑性性能的研究

铝合金在汽车工业中的广泛应用对于降低汽车重量、减少燃油消耗和汽车尾气的排放量具有十分重要的意义,但其室温塑性成形性能却受到了锯齿形屈服行为的影响,从而制约了铝合金进一步的推广应用.本文基于合金材料塑性变形过程中位错和溶质原子间相互作用的分析,建立了一个可用于描述锯齿形屈服现象的唯象本构模型.该模型将溶质原子对位错运动的钉扎效应和位错挣脱后的脱钉效应置于一个统一的框架内进行考虑,而这两个效应的相互竞争将决定材料宏观变形行为的发展演化.基于该模型的数值模拟结果和实验测试结果取得了良好的一致性,从而验证了理论和模型的有效性.