基于遗传算法的大型矩形压力容器刚强度优化设计

为了解决矩形压力容器承压能力较差、应力状态较复杂、结构优化设计难度高的难题,利用遗传算法可自适应调整搜索方向这一特性,开展了某矩形特征水洞试验段的刚强度优化设计。厘清了该工程问题的约束条件,开展了结构初步设计,采用手动迭代开展了结构优化设计;并在完成参数化建模与仿真、构建代理模型、建立优化设计流程的基础上,基于遗传算法开展了该水洞试验段的结构优化设计。该方法与初步设计结果相比,减重34.98%;与手动迭代优化设计结果相比,减重10.49%。

基于电涡流位移传感器的钛合金叶片振动疲劳试验研究

为了研究钛合金叶片振动疲劳特性,基于电磁振动测试平台和非接触式电涡流位移传感器,开展了试验工装和试验程序设计。通过本文的传感器标定和振动应力标定方法研究,发展了基于电涡流位移传感器的非接触测量式钛合金叶片振动疲劳试验手段,进而完成了疲劳考核试验和裂纹扩展试验,研究了裂纹长度和固有频率随疲劳循环数累积的变化规律。试验结果表明,钛合金叶片具有较好的抗疲劳特性,疲劳裂纹萌生寿命较长,但裂纹扩展寿命较短。

基于等参梯度单元的功能梯度材料结构分析

为了解决功能梯度材料非均质特征引起的特殊力学行为的模拟仿真技术难题,本文基于有限元基本理论框架,将材料梯度引入形函数,对单元刚度矩阵进行改写,发展了平面四节点与八节点等参梯度单元,并采用高斯积分数值处理方法,基于ABAQUS平台开发了等参梯度单元UEL(User‑defined element)子程序,建立了功能梯度材料结构件的仿真分析方法。采用功能梯度材料正方形平板,研究网格密度对计算结果的影响,验证了平面四节点与八节点等参梯度单元的收敛性。将本文梯度单元与常规单元的计算精度进行了对比分析。当载荷条件较复杂时,常规单元计算的应力场出现阶跃,严重失真;而梯度单元得到的应力场光滑连续,可以采用较少数目的单元,即可得到比常规单元更为精确的计算结果。最后进行了功能梯度材料开孔结构和悬臂梁的计算分析,得到收敛解,需要采用的梯度单元数量远少于常规单元。研究表明,平面四节点与八节点梯度单元计算精度和效率均优于平面八节点常规单元,更优于平面四节点常规单元。

某超声速风洞投放试验段投放机构设计与研究

投放试验段是某超声速风洞的一个特种试验段,其投放机构是实现风洞模拟试验最重要部件。通过有限元分析对投放机构的强度进行了校核;采用双级伺服油缸驱动迎角机构,解决了投放机构安装空间小、气动载荷大、迎角范围宽、精度要求高的问题;标模试验表明,投放机构各项设计指标满足要求。

基于混合率模型的功能梯度材料火箭壳体振动特性分析

为了研究功能梯度材料(Functionally graded material,FGM)火箭壳体的振动特性,发展了一种基于混合率模型的FGM材料性能计算方法。首先,对FGM壳体的材料分布特征进行了分析,建立了统一的材料公式模型,可表征材料性能沿厚度方向变化规律不同的多种FGM材料模型。其次,建立了FGM壳体材料的几何分层模型,基于混合率法则推导得到了宏观等效的正交各向异性材料性能参数表达式,并讨论了分层数对预测结果的影响。然后,将该方法用于矩形平板、带孔圆板、圆柱壳体、锥形壳体和球形壳体的振动分析,计算结果与相关文献结果具有较好的一致性,最大误差不超过2.33%,表明该方法具有较高的精度。最后,将该方法成功用于FGM火箭壳体的振动特性分析,针对材料性能沿厚度方向的几种不同分布模式,计算了FGM火箭壳体的前10阶固有频率和振动模态。

基于虚拟样机技术的风洞迎角机构设计及分析

迎角机构是风洞的关键部件之一,是试验模型的支撑,其运动精度和动态特性直接影响风洞试验精度。运用虚拟样机技术建立风洞迎角机构数字样机模型,并对迎角机构进行有限元、运动学及动力学的仿真分析和优化设计,研究结果在迎角机构实际运行中得到验证。

基于三维通用单胞方法的平纹编织复合材料多尺度损伤模拟方法

为了解决编织复合材料多尺度损伤模拟的技术难题,发展了基于三维通用单胞模型(GMC)的多尺度损伤模拟方法。基于通用单胞方法基本理论,推导宏细观参量的转换公式,设计了宏细观损伤增量步迭代流程。以二维平纹编织陶瓷基复合材料为例,开展了结构单胞的细观损伤模拟,以及其平板试验件的多尺度损伤模拟,得到了细观损伤云图和宏观应力应变曲线。研究表明:该方法模拟的结构单胞细观损伤过程与文献描述的损伤机理相符,预测的平板试验件损伤过程的应力应变曲线与试验结果基本吻合,所预测强度值的相对误差小于5%。