柔性面技术在新概念潜艇中的应用

本文从柔性层与水界面位移阻抗出发,导出柔性层厚度的确定公式。可供潜艇、水中兵器使用柔性面技术降噪时选择柔层特征参数用。

机械展开式再入飞行器柔性面材料力学性能仿真

针对中国未来地球再入及深空探测的任务需求,开展了机械展开式再入飞行器的研究。文章基于机械展开式再入飞行器的结构特点,采用时空守恒元解元方法,建立三维非定常环境下机械展开式再入飞行器气动面的流固耦合数值模型。主要针对柔性面材料的弹性模量进行对比仿真计算,分析柔性面的变形及应力情况。通过对比分析得到:飞行器背部产生较明显的涡,起到抑制柔性面变形的作用;柔性面变材料的弹性模量的适用范围,当弹性模量为50GPa左右时满足使用要求;柔性面变形和应力的分布及大小,最大变形位置位于柔性面边缘,柔性面中部形成向内的凹陷,且其最大变量形略小于边缘变形量;文章讨论了柔性面厚度对变形量变的影响。文章结果为柔性面的气动特性及气动加热分析提供基础,也为柔性面的工程研制提供参考。

基于柔性面状导电材料的油气管道绝缘层防护研究

针对临近杆塔接地网的管道过电压及防护问题,首先建立了临近管道处的接地杂散电流仿真模型;其次,研究了不同管道距离和不同土壤电阻率条件下,接地体迫近管道时对管道电位和绝缘层耐压幅值的影响;然后,针对新型柔性面状导电材料和传统金属接地材料的接地散流特性进行对比分析;最后,提出了基于柔性面状导电材料的管道绝缘层防护方法并分析了其实用性。仿真结果表明:管道绝缘层耐受电压受散流间距、土质条件等因素的影响,并基本呈现线性关系;高频电流作用下,柔性面状导电材料有效散流长度明显优于传统金属镀锌钢,采用柔性面状导电材料进行换向散流可有效降低管道过电压,在换向散流接地体的有效散流长度内,尽可能增大换向散流接地体的长度,实现电力杆塔接地和油气管道绝缘层防护的平衡。

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封流场仿真分析及优化

文章旨在通过仿真分析手段,对悬臂式柔性支撑柱面气膜密封的流场特性进行深入探究。研究中,在柔性支撑柱面气膜密封基本理论基础上建立了基于流体力学的数学模型,并利用ANSYS Fluent模拟了气膜密封的流场动态过程。通过对比不同条件下的仿真结果,揭示支撑板厚度、支撑板数量、支撑板材料对密封性能的影响规律。研究结果表明,增加悬臂支撑板厚度、适当选择支撑板数量可有效增加气膜密封性。

柔性天线面对星载天线的扰动研究

针对柔性天线面对星载天线的扰动问题,应用固定界面模态综合法和Lagrange方程,截取柔性天线面低阶模态,缩减星载天线系统的自由度,并通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,克服了忽略天线面弹性变形对刚体大范围运动的影响,所建立的耦合动力学模型计算效率高并具有足够的精度。考虑天线面为刚体和柔体情况,分别对星载天线系统进行仿真并进行对比分析,结果表明,初始时刻柔性天线面对卫星本体姿态和天线指向影响很小,随着关节力矩持续作用,激起柔性天线面震荡,加剧自身的弹性振动,进而引起星载天线的抖动,造成卫星位姿和天线指向偏差变大,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

灌注式半柔性道面材料抗冲击性能试验研究

在大量试验的基础上,重点研究了灌注式半柔性道面材料的抗冲击性能。运用SHPB试验装置,对空隙率为20%、23%、25%、27%和30%的半柔性道面材料分别进行了0.25、0.30、0.35和0.4 MPa共4种气压的冲击试验,分析数据发现较低气压冲击作用下(0.25,0.3 MPa),空隙率为25%的半柔性道面材料峰值应力最大;在较高气压冲击作用下(0.35,0.4 MPa),空隙率为27%的半柔性道面材料峰值应力最大。综合材料在冲击作用下峰值应力和破坏形态等因素,空隙率为27%的半柔性道面材料抗冲击性能优于其余4个空隙率的材料。

温度场下的机场柔性道面转弯区轮辙规律研究

针对飞机转弯过程中机轮对道面产生显著的附加水平剪切作用,加重柔性道面轮辙病害影响行驶安全问题,基于ABAQUS软件平台建立了连续变温沥青道面温度场与轮辙分析模型.该模型开展了机轮低速地面转弯特性分析,对比了跑道直线段与转弯区轮辙形成规律,提出了适用于转弯区道面变形特征的轮辙评价指标,对交通荷载条件和环境气象条件进行了参数影响分析.研究结果表明:机轮法向侧推力在道面面层底部产生横向拉伸变形,轮载作用位置竖向应力水平低于直线段,与轮辙凹陷深度规律一致;外侧机轮隆起变形幅度增加,内侧机轮隆起变形削弱并与轮迹凹陷盆连为整体;道面综合轮辙深度随转弯速度增加而增加,增幅为50%;轮载累积作用时间随转弯速度增加而缩短,轮迹带下陷变形明显减小,最大降幅达到30%;沥青混凝土面层日间持续高温是道面轮辙初始阶段快速发展的重要条件,表层轮辙敏感温度在30℃附近;通过控制高温时段飞机最低转弯滑行速度有利于降低该区域轮辙变形幅度.

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验

进行了相同软土地基条件下刚/柔性组合墙面和单一柔性墙面加筋土挡墙的离心模型试验,比较分析了挡墙在墙顶均布荷载作用下的工作性状.试验结果表明,在自重及上覆荷载作用下,刚/柔性组合墙面挡墙其刚性墙面仍基本保持垂直,地基最大沉降发生在连接件锚固端位置;而单一柔性墙面挡墙墙面外倾明显,其地基最大沉降位于墙趾位置;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙在工作阶段其墙顶沉降和墙面位移仅为单一柔性墙面挡墙的50%,且前者墙顶不均匀沉降量明显小于后者;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙由于预埋件承担了刚性墙面墙背水平土压力,使得筋材拉力及相应的应变减小;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的刚性墙面在墙体中部弯矩最大,为外侧受拉;而墙顶和墙底附近的弯矩较小,为内侧受拉;刚/柔性组合墙面加筋土挡墙能适应软土地基的大变形,并能更好地承担上覆工作荷载.

适应大型飞机的机场半柔性道面的力学数值分析

目前国内机场道面主要为水泥混凝土道面、较少的沥青混凝土道面,而半柔性道面在国内机场尚未得到应用。为了研究此类道面的实用性,研究了半柔性道面在具有复杂起落架的大型飞机多轮荷载下的力学响应规律。基于A380飞机,运用ANSYS,建立道面结构模型,在4轮、6轮、10轮、12轮、16轮和20轮荷载组合下进行结构的分析,获取应力、应变、弯沉的变化。经分析得出,多轮荷载组合下存在明显的叠加效应;6轮荷载组合是结构设计中的最不利组合;应多指标控制道面结构分析:以6轮荷载组合控制面层应变、基层应力、底基层应力,以10轮荷载组合控制土基顶面竖向应变,以16轮荷载组合控制弯沉。

机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载

通过引入机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载系数ζ和旁邻轮影响系数φ;明确了当量单轮荷载的概念和计算公式。分别基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变设计指标,分析了主起落架构型分别为双轮、双轴双轮和三轴双轮的飞机当量单轮荷载系数ζ随机场道面结构参数的变化规律。研究表明:计算沥青面层层底弯拉应变,刚性、半刚性基层层底弯拉应力的当量单轮荷载系数ζ时仅考虑计一根(或一排)轴载的影响;计算土基顶面压应变的ζ时可计入所有旁邻轮的影响。最后,给出了基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变的40余种飞机的当量单轮荷载系数ζ的近似回归公式。

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙受力机制分析

基于刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立了原型挡墙三维精细化数值模型,分析了连接件端板埋深、拉杆刚度、竖向层间距、筋材刚度、加筋长度以及墙体高度等因素对上覆荷载下挡墙受力机制的影响.研究结果表明:端板埋深、筋材刚度、连接件层间距,以及加筋长度等对连接件荷载分担比影响不大,而拉杆刚度增大使得连接件荷载分担比增大明显;组合墙面水平荷载随挡墙高度的增加而增大,可采用朗肯主动土压力计算;挡墙工作状态时连接件荷载分担比随连接件与筋材刚度比的增大而增大,当刚度比达到8.6时,连接件荷载分担比约为60%,并趋于稳定.

软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散连续耦合数值模拟

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面.

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙内部破坏机制

基于离心模型试验成果,建立软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,分析挡墙的变形、筋材拉力分布及内部破坏演化过程,并与刚性地基上挡墙情况进行比较,以探讨刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的内部破坏机制。研究结果表明,数值模型计算结果与离心模型试验结果吻合,其内部潜在破坏面经过连接件锚固端位置,各层筋材拉力均在连接件锚固端位置最大;软土地基上挡墙和刚性地基上挡墙的内部破坏面均一致,且筋材均由下而上依次断裂;软土地基上挡墙内部破坏面与地基圆弧滑移面贯通,为复合滑动模式,而刚性地基上挡墙整体破坏模式为折线型,连接件埋深范围内加筋体沿其底部连接件水平滑出。

基于ANSYS对机场半柔性道面的计算尺寸分析

理想状态下,对机场半柔性道面设计时,分析模型采用道面结构的实际几何尺寸,这样可最大程度模拟道面的真实情况,以获取精确的计算结果,但在计算机资源有限的条件下,这样反而会导致相反的结果,因此需确定出合理的计算尺寸。在此基于A380飞机,运用ANSYS,拟建15 m×15 m为平面尺寸的道面模型,在4轮、6轮、10轮-a、10轮-b、12轮、16轮布载下进行结构的力学响应分析。结果表明,在满足运算速度和结果精度的条件下,确定道面结构模型的计算尺寸为15 m×15 m是合理的。

无人机舵面用玻璃钢柔性铰链片的研制

针对小型无人机操纵舵面的特点,利用玻璃钢复合材料比强度高、柔韧性良好的特性,提出了“薄片”式狭长矩形玻璃钢复合材料迭层板舵面柔性铰链片的设计概念。介绍了柔性铰链片的结构及其成型工艺方法。柔性铰链片是通过变曲率的柱状弯曲来实现舵面的偏转功能,不仅提高了舵面气动效率,而且提高了舵面精度,使用效果良好。

柔性天线阵面形变的实时测量技术

柔性天线阵面不仅能提高通信系统的性能,而且还能扩充其功能,所以在通信领域的应用越来越广泛。安装在飞艇之上的柔性天线阵面实时监测技术可实现天线关键性能指标的实时补偿,确保天线的高精度目标探测能力。也正因如此,柔性天线阵面的形变监测技术水平高,工程化难度大。目前,制造和服役过程中的不确定性随机因素难以评估,和产品实际运行状态有所差异导致形变监测精度难以保证,这是天线形变监测系统的问题和难点之一。针对柔性天线阵面形变实时监测,通过光纤光栅传感器获取阵面被测点应变值和DIC-3D获取被测点位移值后,使用模糊神经网络构建应变物理量和位移物理量的非线性映射关系,在数据整理分析的基础上,通过试验和仿真的方法,固化神经网络模型。结果表明,所用神经网络能够达到较好的效果。

公路飞机跑道柔性道面结构力学响应分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立某加铺及新建高速公路飞机跑道柔性道面结构模型,模拟道面结构的实际受力状态,对公路飞机跑道道面结构力学响应进行三维数值模拟仿真分析,通过计算在不同机型飞机荷载作用下的底层拉应力和表面弯沉值,得出合理的公路飞机跑道道面承载力参数。结果表明,该加铺及新建高速公路飞机跑道道面底层弯拉应力和表面弯沉都不大,各层的底层弯拉应力均小于设计强度,道面承载能力能够满足建设要求,有效保证了工程的使用性与安全性。

考虑飞机运行特性的柔性道面累积损伤计算

为准确计算柔性道面任一点累计损伤,考虑飞机载重和滑行速度差异,给出了飞机滑行在道面任一横断面处单个主起落架动荷载计算方法;基于单个主起落架动荷载作用下柔性道面面层底拉应变和土基顶面竖向压应变空间响应分析,引入多轴荷载作用频次影响系数,考虑轮迹横向偏移和纵向分布规律,得出了单个主起落架在道面任一位置处荷载作用频次的计算方法,并计算了相应位置处道面允许作用次数;基于Miner准则的线性疲劳累积损伤原理,提出了可覆盖整个柔性道面的道面累积损伤计算方法。实例表明该方法可行,可为道面分段和横向减薄设计的理论计算提供参考。

民用机场跑道柔性道面病害原因分析及处理对策研究

通过对民用机场柔性道面病害部位进行现场勘查、检测和实验数据分析,结合实际运行状况,找出其病理原因,提出了问题的整治方案,制定了相关处理措施,并从前期设计、施工现场角度进行了总结,给出了一些管理经验和建议。

星载柔性复合材料壳面可展开天线研究进展

柔性复合材料壳面可在一定曲率半径范围内弹性弯曲收纳,展开后具有一定的自支撑能力,可为星载可展开天线研制提供新型解决途径。随着高应变薄壁碳纤维复合材料结构的发展,关于柔性壳面可展开天线的应用研究日益增多。综述了几类典型柔性壳面可展开天线反射面实现形式,分析了影响柔性壳面可展开天线发展的关键技术,为该类型天线反射面的研制提供了参考。