大型空间结构的热-结构动力学分析

空间结构在辐射换热条件下的热诱发振动是导致空间结构失效的一种典型模式。弄清热诱发振动的机理是理解热诱发振动失效的基础。本文针对常见的空间薄壁杆件结构 ,提出了一种能够对复杂结构及加热条件进行比较准确的温度场和热诱发振动分析的有限元方法。首先利用一种Fouri er 有限元方法 ,同时考虑杆截面内平均温度和温差 ,求解了包含辐射非线性的瞬态热传导问题 ,并推荐了一种有效降低求解规模的减缩近似方法 Lanczos方法。在此基础上 ,用有限元法求解了杆件结构的热诱发振动问题 ,并就杆截面内平均温度和温差对结构振动的影响以及最大动静态响应的比值分别进行了讨论 ,合理地解释了一类常见的热诱发振动现象 ,本文的数值算例说明了这点。

水稻插秧机分插机构结构动力学分析——基于ANSYS

基于三维造型软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS,分别对水稻插秧机插植臂进行实体建模仿真和结构动力学分析。分析得出插植臂在工作过程中的应力分布情况,对插植臂进行了模态分析,得出插植臂的固有频率和前20阶模态振型,为水稻插秧机的进一步优化设计提供了理论依据。

结合虚拟点的单元基光滑点插值法在结构动力学分析中的应用

为了解决有限元方法采用线性三角形单元时系统刚度过硬、导致结构动力学分析中求得的结构固有频率过高的问题,采用结合虚拟点的单元基光滑点插值方法(CS-PIM)进行结构动力学分析,通过对虚拟点数量与位置的调整,提高了浓缩形函数的精度,在不增加计算成本的情况下,克服了传统虚拟点布置方法中存在的系统刚度过软、固有频率值过低以及存在虚假模态等时间不稳定现象,能够准确模拟系统刚度,为动力学分析提供精确且稳定的解。该方法使用可以自动划分的线性三角形背景网格离散问题域,对复杂形状的问题适应性强,操作简便,具有良好的工程应用前景。

模态综合法在航天器结构动力学分析中的应用研究

简要介绍了模态综合法的基本原理和在国内外航天领域的应用发展,初步研究了模态综合法在航天领域结构动力学分析应用中受限的两个问题,即采用不同商业有限元软件建立的部组件模型如何统一缩聚为Nastran版本一级缩聚模型的接口匹配问题,以及包含部组件一级缩聚模型的航天器缩聚/物理混合模型能否二次缩聚并用于耦合载荷分析的二级缩聚问题。

基于多层蒙特卡罗的火箭结构动力学不确定性分析

运载火箭结构动力学响应分析存在诸多不确定性,基于有限元的标准蒙特卡罗不确定性分析方法计算代价过高,为解决该问题,引入多层蒙特卡罗方法。针对模型不确定性建立不同网格尺度运载火箭有限元模型,使用多层蒙特卡罗方法对发动机点火工况进行结构动力学响应不确定性分析,并与标准蒙特卡罗方法对比。结果表明在相同精度的情况下,多层蒙特卡罗方法能显著提高效率,所得结果对运载火箭初步设计阶段结构分析与设计有一定指导意义。

BRU2448型振动筛的静动力学分析

采用有限元法对BRU2448型振动筛筛箱进行了静、动态特性分析。,利用有限元软件对振动筛筛箱进行静态力学分析得到振动筛筛箱的应力和变形云图,避免振动筛出现过大的应力集中,静态分析结果得知振动筛筛箱的应力水平远小于许用应力。利用有限元软件对振动筛筛箱进行了模态固有频率分析,避免振动筛在工作时发生共振,分析结果表明筛箱的模态频率远离工作频率,可以得出振动筛在工作时不会发生共振。最终结论得出该振动筛的设计偏保守,安全系数选择过高,该筛具有很大的优化空间,对该类振动筛进一步的动力学分析和结构优化奠定了基础。

结构动力学模型验证与确认的可行性

V＆V（模型验证与确认）是评估复杂系统数值模拟置信度的系统方法。由于该方法目前还在发展之中，并不成熟，因此我们试图通过文献调研、分析和讨论，确定在结构动力学分析中，初步开展模型V＆V研究主要针对的问题、包含的内容和所需的方法，以便为今后在该领域具体开展模型V＆V活动奠定基础。

热连轧机位移传感器结构的试验模态分析

辊缝位移传感器是轧机压下控制系统(Automatic gauge control,AGC)的关键元件,也是轧机AGC控制系统的反馈环节之一。辊缝位移反馈信号受传感器结构动态特性的强烈影响,传感器结构设计不合理甚至危及轧制过程的稳定性。模态参数可以完整地描述结构的动态特性,在结构动态设计和结构动力学修改阶段,必须进行有效的动态特性分析。采用单点激励、多点加速度响应拾振,对热连轧机辊缝位移传感器的外壳和位移传递杆结构进行了振动测试。以试验模态分析理论为基础,使用最小二乘复指数法(Least square complex exponent,LSCE),提取传感器结构的模态参数。分析结果表明,传感器外壳的垂直振动模态频率与热连轧机架的垂直振动模态频率接近,会对轧机工作机座的振动形成耦合,其动态特性对轧制过程的稳定性有严重危害。这些分析结果对建立轧机压下控制系统仿真模型以及进行结构动力学修改都具有重要意义。

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础,提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础,建立求解界面结点内力和位移的方程,从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值,以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例,将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元,考虑到自由度之间的耦合,推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数,得到满意的辨识结果。

轮毂结构有限元分析

随着数字化油田的全面展开,作为机械产品设计工作的数字化工作也随之展开。以轮毂为出发点,首先应用大型软件Pro/ENGINEER对轮毂进行三维建模,然后应用分析软件Pro/MECHANICA对轮毂的结构失效从结构静力学、动力学及疲劳分析三个方面进行了深入的研究。通过分析发现,虽然轮毂的静强度能满足设计要求,但其动力学响应的最大应力值已很接近轮毂材料的屈服强度,同时,通过疲劳分析,在该工况条件下,轮毂已经达不到相应的设计要求。

结构弹性碰撞问题讨论

结构弹性碰撞是一经典问题,但又面临不少新的工程需求。本文通过球-杆碰撞分析的结果,探讨若干重要参数对碰撞响应的影响,并检验常规振动响应分析用的模态叠加法在碰撞分析工程实践中的适用性。接着将等加权时间积分法、Newmark法和Wilson-θ法等三种隐式时间积分法用于质点-弹性杆的碰撞分析并比较所得的结果,以便为建立适合工程应用而又能保证所需精度的有效数值方法提供对策或参考。

大型航天器结构的热致振动研究

多数航天器在轨服役期间会受到冷热交变热辐射载荷作用而出现热致振动问题,因此,在结构设计阶段准确地预测热诱发的航天器动力学行为至关重要。基于绝对节点坐标方法,并采用耦合的热-结构分析模型,建立了可以对大范围运动的薄壁管和复合材料层合板进行热-动力学耦合系统分析的非线性有限单元,同时基于浓缩的形函数推出了非线性弹性力的高效计算公式。利用所建单元,针对受到太阳辐射热冲击载荷作用的航天器结构展开研究。首先,研究了经典的悬臂梁和板结构的热致振动,其位移响应都出现了不稳定的热颤振现象,并从热弯矩做功角度解释了产生热颤振的原因;然后,又研究了UARS卫星和Ulysses自旋稳定航天器的热致振动,将它们简化为刚-柔耦合的多体系统动力学模型,UARS的加速度响应出现了热跳变现象,而Ulysses的姿态角响应出现了热拍现象;最后,研究了大型环状天线的桁架结构及其支撑机械臂结构,热变形和振动幅值都较小,即结构较稳定。

连接子结构试验建模的发展与应用

叙述复杂结构连接部位试验建模中有关连接子结构模型 ,参数辨识方法及其发展和应用实例 。

一种超声椭圆切削装置的振子有限元分析

随着机械制造技术的发展,对于零件加工的要求逐渐变高,不仅要求被加工零件具有较好的表面粗糙度,同时应减少刀具的损耗,降低生产制造的成本。设计了用于车床切削装置的振子(包括超声换能器和变幅杆),并且利用ANSYS对振子进行了结构动力学分析。通过模态分析可以得到振子的振动模态云图和轴向振动幅值曲线图;通过瞬态分析可以得到刀尖位置的时域曲线图和刀尖椭圆运动轨迹图;通过谐响应分析可以得到振子的导纳曲线图和导纳圆图。模拟得到的一系列数据对于振子后期的优化以及制作起到了重要的指导作用。

汽车整车设计开发过程中的CAE分析（上）

“汽车设计开发过程中的CAE分析包括多体动力学分析，整车性能分析、强度和疲劳寿命分析、结构动力学分析、模态分析、NVH分析、刚度分析、安全性分析、冲压成型分析、电磁兼容性分析、热结构耦合分析、流体力学分析、优化分析等。分析的对象涉及到整车、系统、零部件等。”

汽车整车设计开发过程中的CAE分析（下）

汽车设计开发过程中的CAE分析包括多体动力学分析。整车性能分析、强度和疲劳寿命分析、结构动力学分析、模态分析、NVH分析、尉度分析、安全性分析、冲压成型分析、电磁兼容性分析、热结构耦合分析、流体力学分析、优化分析等。分析的对象涉及到整车。

高超声速机翼瞬态气动加热下热颤振分析

研究了一种气动力(热)/结构耦合的高超声速机翼热颤振的时域数值分析方法。研究目的是分析结构内部温度梯度对结构固有特性的影响机制和结构发生颤振的规律。采用非定常计算流体力学耦合结构传热的算法,获得结构的瞬态温度场;通过有限元计算得到瞬态温度场不同时刻下的热结构模态;利用结构模态叠加法建立结构动力学模型,结合Volterra级数建立的非定常气动力模型进行气动/结构耦合计算获得颤振动压。对马赫数为5、高度13 km的一小展弦比机翼进行了颤振分析。验证了该方法的可实现性。研究表明,随着温度梯度的增大结构固有频率减小,颤振动压最小值发生在结构主频率差值最小处。

板级立体组装侧向互联技术

通过对板级立体组装侧向互联可制造性设计技术、组装工艺技术等进行研究,确定了板级立体组装侧向互联形式及连接件的设计、排布和数量,实现了板级立体组装侧向互联技术。

试验模态综合技术的误差理论研究及工程实际应用

本文分析了在大型工程结构的实际应用中采用动态剩余模态的试验模态综合技术所产生的误差,进行了减小各种误差因素的相应理论研究。它包括子结构主模态归一化过程中以试验数据为基础的正交性质量矩阵修正以及对试验实测的动态剩余模态的非线性修正。通过对运载火箭结构的实际应用,证明本文所提出理论方法及手段是正确和有效的。它对于将试验模态综合技术成熟地应用于大型复杂结构以解决目前所面临的全结构动力学试验的困难,具有重要意义。

刚性支承外伸火箭的横向振动

本文提供一种计算刚性支承火箭的横向振动特性的简单方法——传递矩阵法。其中考虑了剪切和转动惯量的影响;给出了处理支承点处剪力不连续的方法,并且对一个具体实例进行了计算。