基于SiPESC平台的卫星编队飞行视景仿真系统设计和实现

针对卫星编队飞行视景仿真的需求,基于SiPESC平台设计并实现视景仿真系统SiPESC.SatFly.在架构设计层,基于SiPESC平台,采用插件式体系结构,将功能需求易于变化的部分设计为独立插件;在系统实现层,结合OGRE(Object-Oriented Graphics Rendering Engine)渲染引擎和XML,实现预设方案的灵活配置;在仿真应用层,实现近地轨道卫星编队飞行和卫星轨道转移过程仿真.该系统通用性强,配置灵活,场景渲染逼真,并且提供多窗口、多视角的观察模式,方便数据分析和概念理解.

基于SiPESC平台的机翼流固耦合分析

基于开放式有限元系统SiPESC.FEMS,构建了机翼流固耦合分析的程序框架。程序框架通过研发流固耦合界面数据交换模块来调用结构和流体分析功能.在流固耦合分析中采用高阶面元法对流体计算以获得飞行器机翼上各点处的压力系数。耦合界面交互采用径向基函数插值算法进行流固两相的载荷和位移的双向插值。进一步通过调用结构分析模块计算结构响应更新结构构型,实现机翼流固耦合整体流程分析。计算过程中各分析模块之间的数据传递均是基于大规模工程数据库SiPESC.ENGDBS来实现的。通过算例测试验证了在SiPESC平台上进行流固耦合分析的可行性。

基于SiPESC平台的弹塑性多尺度有限元分析程序系统

针对典型的非均质材料的弹塑性分析问题,基于Cosserat连续体弹塑性理论模型,采用参变量变分原理和多尺度有限元法耦合求解方法,研发了多尺度有限元分析程序系统。该程序系统基于SiPESC软件平台的大规模工程数据库系统和开放式结构有限元分析框架,采用"算法+模型"的设计模式,研发了相关的数据类和分析任务类。在多尺度单元的实施方面,采用控制阵方法研发了多点约束模块,实现多种复杂的多点约束关系处理。并通过多点约束模块的处理,把多尺度数值基函数引入到控制阵中,使总刚度阵集成、总载荷向量计算以及单元和节点信息的计算(即升尺度和降尺度)都与常规有限元相同,体现了软件设计中的代码重用思想。数值计算表明,程序分析系统具有较高的精度和计算效率,可在此基础上开展粉末合金材料寿命预测的相关研究。

基于SiPESC平台的模态综合法研究及实现

模态综合法作为主流的动力子结构方法,可在有效的精度下缩减整体结构的自由度,特别是对大型复杂结构的动力计算具有较高的效率,已被集成到许多商业CAE软件中,因此把它集成到SiPESC平台上是一项很有意义的工作.本文实现了两种模态综合法的集成,分别是Craig-Bampton方法、多层Craig-Bampton方法.研究工作同时提出了一种高效的子结构界面点搜寻算法,所实现的Craig-Bampton方法考虑了子结构的旋转及平移,多层Craig-Bampton方法可以考虑各种多层子结构的划分方式.SiPESC平台是由大连理工大学开发的新一代的有限元数值计算软件平台,它利用了新型的软件架构和程序设计思想,因此在SiPESC平台上进行程序设计开发是十分方便的.通过构建数值算例同Nastran的计算结果进行对比,数值算例验证了本文实现方法的正确性和有效性.

平动点Halo轨道航天器保持的多目标优化

针对日地系统平动点附近Halo轨道航天器保持任务,考虑航天器的能量消耗与轨道保持精度需求,采用多目标优化方法设计了改进时变控制器用于航天器Halo轨道保持任务。首先,基于圆形限制性三体模型推导了航天器的相对动力学方程并基于此设计了线性时变控制器。然后,采用多目标优化方法对时变控制器参数进行优化,得到满足航天器能量消耗与轨道保持精度之间平衡的Pareto最优解。最后,通过对考虑模型与环境干扰情况的数值模拟,结果表明多目标优化方法对平动点Halo轨道航天器保持任务达到低能能耗与高精度目标,具有一定的应用价值。