3D打印点阵夹芯结构冲击损伤的近场动力学模拟

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤模式与破坏机理。结果表明:低速冲击下3D打印点阵夹芯结构的破坏模式以局部塑性变形为主;高速冲击下,破坏模式表现为溃裂、孔洞贯穿和碎片喷射,并伴随着大范围的塑性变形。低速冲击下塑性变形范围随冲击速度升高而增大,而高速冲击下则相反。高速冲击下,点阵夹芯结构的贯穿过程分为面板接触、局部屈服、芯材压溃、穿透4个阶段,弹丸经历了急-缓-急3段减速过程,并对应2个加速度高峰,第2个加速度峰值低于第1个加速度峰值的50%;低速冲击过程中,弹丸仅有1次减速过程,加速度峰值随冲击速度的升高而增大,最终弹丸反弹。

基于多应力仿真分析的舵机加速试验剖面设计方法

多应力条件下的加速试验中,利用仿真分析定量指导试验剖面的设计,可以大幅缩短试验周期。针对航天器舵机这一典型机电产品,通过有限元分析,得到舵机在不同载荷类型与量级的应力应变响应,进一步确定舵机的工作载荷极限,建立初始加速试验剖面。根据应力应变响应结果,计算得到对应的疲劳寿命,建立舵机在多应力下的加速因子模型。在此基础上,按照加速比≥5的要求,修正舵机的初始加速试验剖面,得到最终的多应力加速试验剖面,以此为后续开展此类航天器机电产品的多应力加速试验提供参考。

典型舱段连接件多轴振动安全性与有效性验证

针对某典型舱段内标准件、接插件等连接件开展三轴振动试验的有效性与安全性进行了评估分析。通过故障模式影响分析与仿真分析,获得了舱段产品内各类连接件在三轴振动时的失效机理以及松动失效、强度失效、疲劳失效模式下的应力分布情况,为后续三轴振动分析以及缺陷植入奠定基础。从应力、加速度、疲劳损伤3个方面对该舱段的三轴振动谱进行分析与剪裁,获得了综合剪裁谱,然后针对三轴振动综合剪裁谱的有效性以及三轴振动试验的安全性分析进行了分析与评估。经分析,三轴振动综合剪裁谱有效,能够充分激发产品潜在故障。同时,相较于传统单轴振动试验,可大幅提高试验效率、缩短试验周期。

基于虚拟激励法的多激励振动试验数值分析

针对细长型飞行器双台振动试验开展仿真计算与控制效果分析。根据模态叠加原理,建立细长型飞行器多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)随机振动试验中的动力学模型;采用虚拟激励法和逆虚拟激励法计算方法,分析细长型飞行器MIMO随机振动试验中不同控制测点数量、控制谱矩阵设置的可实现性及影响效果,并以其模拟件为研究对象,完成其两点、多点控制试验方式下不同控制谱矩阵设置的振动试验的数值模拟。经分析,虚拟激励法大幅提升了振动仿真计算精度,且双台振动系统在不同控制点组合下振动响应差异性加大。

典型舱段结构高频振动仿真分析方法

针对高频振动试验仿真分析中面临的网格依赖性和不确定性因素敏感性等问题,以防空导弹典型舱体结构为对象,开展舱体结构与振动台的有限元-统计能量法(FE-SEA)耦合建模方法研究。通过分析频率特性,确定了舱体结构的子系统划分原则与方法,基于VA one软件平台建立了舱体结构的统计能量分析模型;采用基于波动耦合的混合模型法分析了有限元模型与统计能量法模型之间的能量传递关系,建立了舱体结构与振动台的FE-SEA耦合分析模型,对典型舱体结构的随机振动响应进行了仿真分析;开展了典型舱体的随机振动试验,舱体结构速度、加速度响应在各频段均方根(RMS)值的仿真结果与试验数据有较好的一致性。研究结果表明:FE-SEA分析方法突破了随机振动响应问题中的高频耦合建模难题,其高频振动试验的仿真预示精度达到±3 dB。

基于Simulink和Comsol联合仿真的虚拟热试验系统

通过Simulink和Comsol软件联合仿真搭建虚拟热试验系统,实现热试验的完全虚拟化;利用联合仿真技术,实现对控制系统、电场、热场的综合仿真分析;可一次性直接观测各个观测点数据状态,包括功放输出状态信息、加热器输出状态信息及被试件热热状态信息。虚拟热试验系统对工程热试验具有预示和指导作用,可以实现超出现有热环境地面模拟能力的热环境模拟,为型号的研制提供依据。

高速切削锯齿形切屑形成过程的有限元模拟

为了研究和预测高速切削切屑形成过程,使用有限元分析软件ABAQUS建立了高速切削高温合金的有限元模型,采用Johnson-Cook热粘塑性材料本构模型、剪切损伤切屑分离准则以及刀-屑界面粘结-滑移混合摩擦模型,对高速切削高温合金过程中锯齿形切屑的形态及切削力进行了研究。通过模拟与实验的对比分析,验证了有限元模型的准确性。切削参数对切屑形成的影响的研究结果表明,高速切削过程中锯齿形切屑的锯齿化程度、切削力以及绝热剪切带内的等效塑性应变随切削速度、刀具前角以及切削厚度的改变而规律性地变化。

导弹多点激励振动试验系统动力学仿真

基于一种闭环控制方法,对导弹多点激励振动试验系统进行动力学仿真。通过对整个系统进行合理简化,利用MSC.Patran/Nastran有限元软件对振动试验系统进行模态分析及随机振动分析。最后,计算出各控制点的振动加速度响应谱。结果表明,试验结果与仿真结果基本一致,验证了计算机动力学仿真的正确性。

基于多目标遗传算法的三轴振动夹具结构参数优化设计分析

通过建立三轴振动夹具优化设计数学模型,以影响夹具性能的结构尺寸为设计变量,以振动台尺寸约束和夹具质量要求为约束条件,采用SolidWorks和ANSYS Workbench协同仿真技术,基于多目标遗传算法实现了振动夹具的轻量化和一阶固有频率最大化。优化后的三轴振动夹具一阶固有频率提高了7.4%,同时夹具的质量减小了20.1%,证明文章所提出的协同仿真技术手段与优化设计方法可行、有效,可为其他同类产品的优化设计提供参考。

临界平面多轴疲劳寿命估算模型的验证与评估

利用5种材料对比分析6种常用多轴疲劳寿命临界平面模型的寿命估算结果,结果发现:对于同一对象、不同模型的估算结果相差较大;而对于不同对象、同一模型的估算结果,有时低于试验结果,有时却高于试验结果。不同寿命预测模型估算寿命合理与否,一方面取决于预测模型中的疲劳损伤参量是否有效,另一方面也取决于预测模型的表达形式是否合理。另外,模型的预测结果还与材料的开裂形式有关。Fatemi-Socie模型可以针对剪切型开裂材料给出较为理想的疲劳寿命预测结果。针对验证结果,对各模型的适用性进行评述,指出常用临界平面模型的适用条件尚需进一步研究,模型中损伤参量包含的系数的物理意义及系数与应力-应变状态和材料属性的关系也需进一步研究。

考虑多轴应力与共振影响的随机振动疲劳寿命预测

目前工程上计算结构随机疲劳寿命时,仍经常采用基于单轴拉-压疲劳寿命(Stress-Number of cycles,S-N)曲线的应力寿命方法。虽然使用简单方便,但这种方法不仅忽视了单轴S-N曲线且不能准确反映结构在多轴应力状态下的疲劳,还忽略了随机振动中共振对结构疲劳寿命的影响,因此该方法在预测结构在随机振动下的疲劳寿命时与实际寿命往往有较大误差。对此引入三轴因子来反映结构在随机振动下的多轴应力状态,同时推广得到其在频域上的表达式,并在此基础上引入非线性函数,提出了一个新的随机振动疲劳损伤参量——多轴振动因子。新的损伤参量不仅同时考虑了结构随机振动下的多轴应力状态与共振对疲劳寿命的影响,而且该损伤参量形式简单,便于工程应用。利用新的随机振动疲劳损伤参量,得到了适用于随机振动下的多轴S-N曲线,从而建立了一种新的随机振动疲劳寿命预测方法。通过对7075-T6和LY12CZ铝合金缺口试件的随机振动疲劳寿命进行预测,结果表明该方法较准确地预测了两种缺口试件随机振动下的疲劳寿命。

三轴随机振动下电连接器的松动机理及应力-电阻映射关系研究

在多轴复杂振动环境下,电连接器结构可能发生松动,影响其电器的电接触性能,导致设备功能失效。为探究多轴随机振动环境下电连接器松动过程中的力学特性,建立了导弹电子舱段上电连接器模型,在随机振动环境下模拟了插针相对插孔松动退出过程中接触压力的变化历程,揭示了电连接器松动过程中的应力演变机理;通过对比三轴与单轴随机振动环境下应力变化的趋势,并根据3个区间差异比较了三轴振动相对于单轴振动的电连接器松动特征,提供了一种连接器松动的三轴振动应力筛选方法;运用R.Holm接触电阻与接触压力关系式,导出了电连接器应力与电阻的映射关系,将对插针与插孔间的接触应力监测转化为对接触电阻的监测,解决了针孔内部动应力难以测量的技术难题。

薄板在HASS试验振动载荷下的响应分析

为了从时域角度分析薄板结构在高加速应力筛选(HASS:high accelerated stress screening)试验振动载荷条件的响应,首先采用二次相位调制控制激励峭度的方法进行HASS试验随机振动载荷的仿真模拟,其次建立了薄板在振动载荷条件下的动力学有限元方程,并基于MATLAB对薄板在HASS试验随机振动载荷的响应进行了数值计算分析。得到薄板结构在HASS试验随机振动载荷条件下的位移响应和应力分布,确定薄板结构的薄弱位置,从而为装备结构失效分析及合理制定HASS试验剖面奠定理论基础和依据。

一种三轴振动载荷谱保型裁剪方法

由于多轴向同时振动不能简单地采用单轴依次振动来完全等效,对此提出了一种保持结构关键部位三轴与单轴随机振动应力等效的载荷谱裁剪方法。通过推导线性系统三轴随机振动载荷到结构关键点响应间的变换关系式,提出三轴载荷谱均方根值裁剪方法;综合考虑试件中不同零部件的重要程度和材料强度,基于试件关键部位在三轴载荷下的等效应力与在单轴依次载荷下的最大等效应力之比应等于裁剪前后该点应力响应功率谱均方根值之比,分类定义了三轴载荷谱均方根值裁剪准则,同时为避免因谱型裁剪的多样性造成试验的不确定性,制定了三轴载荷谱的保型裁剪原则。以某典型舱段电路板为例,验证了该三轴载荷谱裁剪方法的有效性。利用该方法得到的三轴载荷谱,不仅可以避免结构重要零部件过试验或欠试验,而且也保证了关键点应力的等效性和裁剪谱型的确定性。