复杂多边形蜂窝柔性蒙皮非线性行为数值分析

对复杂多边形蜂窝柔性蒙皮结构进行数值仿真,研究在拉伸、剪切、扭转以及弯曲载荷下的柔性蜂窝非线性变形行为,并对无橡胶表层、单侧橡胶表层和双侧橡胶表层的变形及强度进行分析。结果表明:无橡胶表层蜂窝可能在较小载荷下产生较大变形;单侧橡胶表层易使结构不对称,可能导致剪切载荷、扭转载荷下的变形不对称;双侧橡胶表层对抑制结构变形有明显作用;加入橡胶表层可能会使原本零泊松比或负泊松比效应的蜂窝柔性蒙皮表现出正泊松比的情况。

面向工程应用的复合材料结构强度校核模块设计与研发

由于具有高比强度和高比模量的显著优势,复合材料结构日益成为大型航空航天装备轻量化设计的首选材料之一。但在设计与分析过程中,复合材料的强度校核会涉及到大量复杂的公式和运算量,严重降低装备结构的设计效率和研发周期。为提高复合材料强度校核的工作效率,基于国产自主CAE平台HAJIF,研发了适用于复杂工程装备的复合材料结构强度校核模块。该模块紧密围绕复合材料结构分析与校核,提供了层合板、夹层板结构的刚度、强度、稳定性分析流程。各个流程与HAJIF平台的前后置有机融合,从而实现有限元模型、分析结果和强度校核结果的一体化显示。以某型无人机复合材料机翼结构为验证对象,分析结果表明,研发的强度校核模块能够满足复合材料强度校核的基本流程和功能,可实现大型复合材料结构的快速强度校核,明显提高了复合材料结构的校核效率。

零泊松比蜂窝结构一维变形行为

为满足柔性蒙皮的变形需求,针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形,基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型,并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料,利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为,并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明:蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此,可以通过改变蜂窝结构的几何参数,实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节;同时,在选择基体材料时,为兼顾“面内”刚度和“面外”承载能力,不仅应该选用杨氏模量小的材料,减少其驱动力,还应该选用弹性段大的材料,减小残余变形。

利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计

在虚拟试验构建的精细有限元模型基础上,开展了大型机翼尺寸优化设计技术的研究。通过对不同工况模型中的载荷进行转换,构建了统一的优化模型;采用翼梁、翼肋的站位,将机翼主翼盒自动划分为不同的设计区域,并根据每个设计区域特点定义了优化变量和设计约束。利用满应力优化算法对机翼进行了尺寸优化设计,达到13.3%的减重效果。算例表明,利用精细有限元模型进行尺寸优化的方案是可行的,由此产生的优化模型构建问题可通过相关模型处理技术得以解决。

飞机金属加筋壁板结构强度校核软件设计与实现

作为飞机结构的主承力构件,加筋壁板结构的强度校核一直是设计人员重点关注的问题之一。为降低该项工作的复杂性和重复性,在国产CAE软件平台HAJIF基础上,研发了金属加筋壁板结构强度校核软件,实现了强度校核工作的流程化和自动化。软件采用统一分层架构思想,依次研发了独立的前端界面、强度计算、工作应力提取、结果后处理等核心模块,并与HAJIF软件的前后置有机融合,实现模块之间的统一调度。验证算例表明,该软件能够满足飞机加筋壁板典型分析情况校核要求,符合强度校核流程和使用习惯,明显提高了强度设计与分析人员的工作效率。

丝材3D打印2024/7055铝合金梯度结构组织与性能分析

大型高强度轻质铝合金整体结构件在航空航天装备结构中应用广泛。为充分发挥不同材料的性能优势,可将两种以上的铝合金材料通过增材制造技术整体成型,从而制造出兼顾功能与减重要求的整体梯度结构件。为此,提出了一种多丝材电弧增材制造铝合金梯度结构件的制备方法,实现了航空结构常用的2024/7055铝合金梯度结构的3D打印,并对梯度结构进行了宏/微观组织、气孔缺陷、过渡区元素含量以及力学性能等进行了全面的分析。结果表明:通过多丝材增材制造打印的2024/7055铝合金梯度结构连接良好、过渡区域连续;梯度区域两种材料的晶粒组成不同,2024铝合金由等轴晶粒组成,而7055由短柱状晶粒组成;气孔在空间分布中呈条状分布,并且两种合金Zn元素含量不同,导致力学性能差异较大;当材料组分占比为2024(25%)/7055(75%)时,力学性能最好,材料折损率最低。

基于试验设计的复合材料加筋壁板不确定性研究

随着航空结构系统的复杂化、多样化与大型化,结构高承载能力与轻量化的需求日益紧迫。复合材料加筋壁板因其比强度高、比模量高以及优异的承载性能,在飞机机翼上下壁板、机身曲板等部段得到了大量的应用。但复合材料易受加工精度影响,材料性能表现出极大的分散性,具有不可忽视的不确定性,即使参数发生微小波动,对结构的承载能力影响都是十分严重的。因此,对复合材料加筋壁板的设计必须考虑不确定性的影响。本文针对复合材料加筋壁板开展不确定性的研究,首先基于正交试验设计对不确定性参数进行显著性分析,然后利用少量、关键参数进行中心组合试验设计,从而构建显著参数与结构响应特性之间的响应面,通过蒙特卡洛模拟获得结构响应特性的分布特征,并与试验对比,确定分析流程的可行性。结果表明:对复合材料加筋壁板屈曲载荷有显著影响的参数主要有:壁板单层厚度、筋条腹板高度、筋条间距以及沿纤维方向弹性模量,在显著性参数服从正态分布下,屈曲特性也服从于正态分布。本文所采用的不确定性分析基本流程对有限元模型修正与复合材料加筋壁板设计具有指导意义。

基于JSON格式的强度校核软件数据交互接口设计

为解决飞机结构强度校核软件与前后置的数据交互效率低及通用性差等问题,提出以JSON格式作为强度校核软件求解器与前后置的数据交互模型。软件前端界面生成的JSON文件作为求解器的输入进行解析,并根据解析结果完成相应的强度校核任务,再以JSON格式将校核结果返回到前端界面,用于结果的显示与查询。分析结果表明,利用JSON作为数据交互的媒介,可统一前后置与求解器的输入/输出格式,具有较高的流转效率。

导弹发射过程对机翼结构力学响应的影响研究

导弹发射对飞机结构的影响一直是设计师们重点关注的技术之一。本文利用直接瞬态响应分析方法,对某型挂弹飞机在导弹发射过程中的瞬态冲击过程进行仿真,获得机翼的动态力学性能和变化规律,并与静力计算结果对比,阐述动载响应与静载响应的关系。本文的计算结果和相关结论对工程设计具有一定的借鉴和参考价值。

具有工程适用性的复合材料机翼结构快速设计

为实现复合材料层合板的快速设计,从工程适用性角度出发,提出了面向铺层厚度/铺层顺序的快速设计流程。首先,基于满应变设计方法对复合材料分层厚度进行优化设计,得到各分层的厚度比例。然后,采用相对差商法实现分层厚度的圆整,各分层在圆整之后为单层厚度的整倍数。最后,基于工程材料数据库对铺层顺序进行设计。利用某无人机复合材料机翼对本文提出的设计流程进行了验证,结果表明,机翼减重6.7%,最大变形下降了3.3%,层合板的设计效率明显获得了提升。

满足刚度约束的筒形机身防火墙结构设计研究

通用飞机机身防火墙结构用于隔离发动机舱与驾驶舱,当结构发生变形时,必须保证防火墙结构不与发动机等重要组件发生空间干涉。为满足防火墙结构苛刻的设计要求,以某筒形机身结构为研究对象,通过分析增压工况下结构的整体刚度/强度特性,确定防火墙结构的变形特性,并在不满足结构刚度约束的条件下,对防火墙结构进行了尺寸及布局设计。结果表明,相对初始构型而言,尺寸设计无法满足刚度约束和重量要求,而采用辐射状筋条布局形式可大幅度地减小变形。

大型整流罩地面分离仿真预示与试验研究

首先利用弹簧效能系数折减法对某大型整流罩的弹性有限元模型进行合理简化,然后基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)算法对其地面分离试验进行仿真预示,获得了整流罩分离过程中的流场分布规律和分离特性,并分别与传统方法及地面试验进行对比,发现基于CEL算法的仿真结果比传统方法更接近试验结果,可作为工程应用的参考方法。

基于增量 迭代算法的SABRE系统非线性分析流程设计

随着大型复杂装备结构分析的非线性问题日益突出,基于线性理论的有限元分析方法已难以满足复杂工程结构设计与研制需求,必须借助非线性有限元方法来获得结构的全状态力学性能。鉴于工程结构对非线性有限元分析的迫切需求,在新架构下的自主CAE软件SABRE系统中,基于增量迭代算法研发了非线性有限元计算流程和相应的功能模块,初步实现了结构非线性分析功能。数值算例表明,研发的分析流程具有较高的精度,可进一步基于该流程进行功能的扩展和性能的提升。

航空薄壁结构静强度分析模型校核方法研究

针对航空薄壁结构静强度分析模型的误差估计问题,提出了一种基于Richardson外推法和多网格组合方案来进行后验误差估计的方法。针对典型薄壁结构形成了不同分析任务的考核指标,形成了工程可用的模型校核方法与流程,并利用壁板等工程结构进行了方法的应用与验证。应用结果表明,建立的基于后验误差估计的静强度模型验证方法切实可行,具有工程实用性。

复合式柔性蒙皮的弹性表皮和蜂窝夹芯连接方案设计

面向变体飞行器的复合式柔性蒙皮,针对其弹性表皮和蜂窝夹芯连接强度较低的问题,提出了“二步胶接”的连接设计方案,其首先将氨纶纤维布与蜂窝通过环氧树脂结构胶进行胶接,然后将硅橡胶板与氨纶纤维布通过硅橡胶粘接剂进行胶接,并给出了工艺制备方法。最后,分别制备了“二步胶接”实验件和“直接胶接”实验件,并开展了连结强度实验和对比分析,结果表明,“二步胶接”实验件的连接强度是“直接胶接”实验件的5倍,此方案可以为柔性蒙皮的连接设计提供参考。

航空典型金属结构强度校核软件的设计与实现

航空典型金属结构的强度校核是设计人员重点关注的问题之一。当前,金属结构强度校核的算法与理论已趋于成熟,然而软件化与工具化的缺乏始终制约着强度校核的计算效率。鉴于此,本文依托HAJIF平台设计并实现了航空典型金属结构强度校核软件,完成了强度校核任务的批量计算与结果图形化显示,同时可自动生成校核报告,显著提高了强度设计与分析人员的工作效率。

稻草强化生物膜浮床脱除工业尾水中氮素及COD的效果

工业污水处理厂排放的尾水中总氮含量偏高,容易引起地表水体的富营养化。为了提高尾水中总氮的去除效率,通过模拟稳定塘静态和动态试验,对比了不同稻草添加量(0,0.18,0.54 g/L)强化生物膜浮床脱除工业尾水中总氮(TN)的效果。静态试验结果表明:随着稻草量的增加,TN的去除率显著提高;10 d后,添加0(CK)、0.18 g/L(T1)和0.54 g/L(T2)稻草的尾水中,TN去除率分别为18%,40%,93%。动态试验结果显示,水力停留时间(HRT)为4 d时,CK、T1和T2的平均TN去除率分别为10%,22%,49%,且3种情况下的进出水COD浓度无显著差异。这主要是由于稻草通过缓慢释放碳源为生物膜中异养反硝化细菌提供可利用的有机物。研究成果可为工业尾水深度处理脱氮技术提供参考。

低流速厌氧-变速氧化沟中试营养物降解特征分析

基于水力变速节能理念,对配备有厌氧选择池的微孔曝气变速氧化沟中试系统的处理特征进行研究。当HRT为14 h、SRT为15d、水温为15~28℃、平均有机负荷为0.07 kg/(kg·d),DO质量浓度控制在0.6~1.0 mg/L的条件下,COD、NH_4^+-N和TN的各项出水水质指标均能达到GB 18918—2002中的一级A排放标准,TP能达到一级B排放标准,且部分时段能达到一级A排放标准,DO质量浓度通过PLC稳定在0.6~1.0 mg/L的供氧控制模式,同时也实现了曝气区低DO浓度及低流速和变速运行的节能模式。

悬挂式填料反应器针对工业尾水脱氮效果的优化实验研究

填料材质、结构以及填充率等影响到生物膜的性状、水力学特性和传质效果,是决定生物接触氧化工艺脱氮效果的关键因素。为了优化悬挂式填料反应器的工业尾水脱氮能力,选取挂膜成熟的生物绳填料、合成纤维填料、弹性立体填料。考察3种填料在相同填充率以及生物绳在不同填充率下对工业尾水的脱氮效果。结果显示:在未加碳源情况下总体COD、NO3-N的去除率很低,难以对比各种情况优劣。外加葡萄糖后去除效率得到改善。脱氮效果与可生化利用的有机碳源的量密切相关。稻草作为碳源的静态实验中,2%的生物绳填料因其有利于营养物质的传质且结构中心有利于厌氧微生物的生长,所以脱氮效果强于5%生物绳填料和5%弹性填料。合成纤维填料虽然没有孔隙率,但是因其表面具有合成纤维层,也表现出了较好的脱氮效果,而且因其质量轻、机械强度高、廉价等优点,具有较好的工程应用前景。

试论汉光武帝用人与治国

汉光武帝刘秀在新莽末年“天下连年灾蝗、寇盗群起”的情况下,毅然起兵,三年登上帝位,之后兼并群雄,统一中国,开创了光武中兴之业。刘秀之所以能取得这一成就,重要的原因是在用人、治国方面较他人更胜一筹。