带内埋质量超声速悬臂板的颤振特性

为提高具有内埋质量升力面的颤振速度,将其简化为带集中质量的矩形悬臂板。基于假设模态法和一阶活塞理论得到颤振模型,进而考察其颤振特性。首先,基于Kirchhoff薄板理论建立矩形悬臂板的结构动力学模型,并利用假设模态法得到带内埋质量时的模态属性。其次,引入一阶活塞理论近似求解在超声速条件下的模态气动力,代入结构动力学模型得到颤振方程的时域表达。最后,通过引入指数形式的模态位移将颤振方程变换至频域并通过p-k法求解颤振速度和颤振频率。通过改变内埋件的位置、质量和数目等参数,得到其对超声速悬臂板颤振特性的影响规律。研究结果表明,在悬臂板前缘靠近翼梢区域内埋小质量物体可有效提高升力面的颤振速度,而在翼根附近,颤振速度对内埋质量的变化不敏感。

内埋弹舱弹射冲击载荷特性研究

内埋弹舱采用弹射方式投放武器,在弹射瞬间会对上部隔框、进气道等结构产生很大的冲击载荷,需要准确计算内埋弹舱的弹射冲击载荷以供结构设计使用。建立导弹弹射机构动力学模型,通过对舱体结构挂点处分别进行刚性或柔性化处理,得到挂点连接形式对冲击载荷的影响;研究了不同类型作动筒输出的作动力形式和峰值与冲击载荷特性之间关系,分析了弹射架改型设计后挂弹质量对冲击载荷特性的影响。研究结果表明,柔性化连接形式可正确描述冲击载荷的传递过程,且峰值前置的作动力形式提供了更好的弹射效果,挂弹质量与作动力峰值之间关系可指导改型弹射系统的任务包线。

镁合金带解锁装置热冲击断裂特性及拓扑优化

分析了镁合金带解锁装置在发动机高温高压尾喷气流作用下的断裂特性并进行了拓扑优化设计。首先,构建了发动机喷管尾部受镁合金带阻挡的二维、可压缩、非定常流场分析模型,得到不同时刻镁合金带表面特征点处的压力曲线和温度曲线;其次,基于有限元法分别计算初始构型镁合金带在尾喷气流压力和温度共同作用下的响应,分析不同因素对镁合金带断裂特性的影响;之后,基于“薄弱环节”的思想设计了5种构型的镁合金带,并基于Johnson-Cook失效模型和瞬态分析过程分别得到其在热冲击环境下的断裂时间;最后,基于所发展的具有双层嵌套特征的变密度法对镁合金带中部受热冲击区域进行拓扑优化,以材料剩余体分比为优化变量并以规定的断裂时间为目标,得到镁合金带的最优拓扑构型。基于几何重构进行了验证,优化后的镁合金带能够满足设计要求。

仿绿头鸭扑翼飞行器的低速飞行气动特性仿真研究

针对仿绿头鸭扑翼飞行器,在刚性扑动基础上引入了展向弯折和弦向扭转两种运动方式,提出了4种不同扑动路径的描述方程,并对其低速飞行气动特性进行了研究。首先,根据绿头鸭翼翅外形选择NACA 6411翼型并对其弯度和长度进行修正,通过放样创建扑翼几何构型。之后,基于动网格技术构建扑翼流场网格模型,包含刚性扑动、机翼弯折和机翼扭转等3种不同扑动形态。最后,使用Fluent进行瞬态仿真,基于压力耦合求解器和k-ω湍流模型得到不同扑动形态下飞行速度为2 m/s时的气动特性。结果表明,在低速飞行时,非对称扑动效应、展向弯折效应和弦向扭转效应均可起到增加升力、降低阻力的效果。所提出的3个扑动模型相对传统的对称刚性扑动模型分别能提高3.89%、14.78%、24.44%的升力,其中弯扭组合形式的扑动提供的推力能够抵消前飞时的空气阻力。

基于参数化气动弹性模型的Z形折叠翼离散突风响应

折叠翼无人机可服役于多任务剖面,飞行环境复杂且易受低空突风的影响。开发一种新型的具有非侵入性特征的参数化气动弹性模型,用以快速计算在不同折叠角度下Z形折叠翼的离散突风响应特性。首先,对现有Z形折叠翼进行了结构和气动方面的增强设计。其次,基于舒展状态下颤振计算的Nastran输入文件,重构任意折叠角下的参数化气动弹性模型。最后,考察了折叠角、飞行速度、突风速度幅值、铰链阻尼等参数对折叠翼突风响应特性的影响。结果表明,增大折叠角可有效减缓突风响应,飞行速度和突风速度幅值的增大对翼尖加速度和翼根弯矩响应的贡献明显,铰链阻尼参数的存在会减缓翼尖加速度响应,但同时会增大翼根弯矩响应。

以赛促学,以赛促教,基础力学课赛融合探索

在基础力学课程群中,为提高学生学习的主观能动性,教师可在教学过程中融入班、校、国三级竞赛机制,同时增设多元化过程考核,将力学竞赛成绩有效融入总评,形成“以赛促学、以赛促教”课赛融合的教学模式,重构并完善基础力学课程体系。实施效果表明,通过“以赛促学”可以显著提升学生学习的主动性和积极性,促进学生综合能力的提升。通过“以赛促教”能够有效提高教师的专业水平和实践技能,促进教师队伍建设,促进教师掌握企业对高技能人才的岗位技能要求和培养需求。

Structural reliability analysis and reliability-based design optimization: Recent advances

We review recent research activities on structural reliability analysis,reliability-based design optimization(RBDO) and applications in complex engineering structural design.Several novel uncertainty propagation methods and reliability models,which are the basis of the reliability assessment,are given.In addition,recent developments on reliability evaluation and sensitivity analysis are highlighted as well as implementation strategies for RBDO.

A novel stochastic collocation method for uncertainty propagation in complex mechanical systems

This paper presents a novel stochastic collocation method based on the equivalent weak form of multivariate function integral to quantify and manage uncertainties in complex mechanical systems. The proposed method, which combines the advantages of the response surface method and the traditional stochastic collocation method, only sets integral points at the guide lines of the response surface. The statistics, in an engineering problem with many uncertain parameters, are then transformed into a linear combination of simple functions' statistics. Furthermore, the issue of determining a simple method to solve the weight-factor sets is discussed in detail. The weight-factor sets of two commonly used probabilistic distribution types are given in table form. Studies on the computational accuracy and efforts show that a good balance in computer capacity is achieved at present. It should be noted that it's a non-gradient and non-intrusive algorithm with strong portability. For the sake of validating the procedure, three numerical examples concerning a mathematical function with analytical expression, structural design of a straight wing, and flutter analysis of a composite wing are used to show the effectiveness of the guided stochastic collocation method.