航天器典型防护结构节点分离FEM的数值模拟

建立了一种航天器防护结构超高速碰撞数值模拟的节点分离有限元方法。通过重合节点网格转换和添加节点集约束建立了节点分离有限元模型。在显式积分迭代中,将达到断裂判据的节点集解离,从而生成裂纹。对网格畸变问题进行分析,并建立了几何识别方法,进而删除畸变单元,改善了算法的稳定性。应用节点分离方法模拟了单层板超高速撞击问题,并分析了撞击速度对弹丸变形程度和碎片云形状的影响。应用节点分离方法对Whipple防护结构、填充式防护结构和多层网结构进行了模拟,获得了与实验一致的结果。多种算例表明,节点分离有限元方法改善了以往断裂侵蚀有限元方法处理网格畸变、碎片云模拟以及二次碎片云碰撞等方面的能力,对典型防护结构模拟具有很好的适用性,能够成为光滑粒子流体动力学(SPH)方法的有效补充和替代。

船用C型夹层板隔声性能研究

夹层板作为一种新型结构,具有设计性强、重量轻、比刚度高、减振隔声性能好等优点,已被应用于各种工程结构。然而,其夹层结构形式种类繁多,对复杂夹层结构的隔声性能进行理论分析比较困难,亟需开展新的近似分析方法。本文针对船用C型夹层板,基于弹簧、扭簧与集中质量的等效方法,建立C型夹层板的声振耦合控制方程,利用空间谐波展开法,推导C型夹层结构的传声损失表达式,讨论夹层板系统参数对结构隔声性能的影响规律。结果表明,材料属性与夹层板结构面板的厚度对C型夹层板结构隔声性能的影响较大。同时,通过有限元仿真,验证了理论分析的有效性。

加固计算机振动仿真及其电路板抗振设计

文中针对某型加固计算机在振动试验中出现硬盘无法读取的问题,通过有限元软件对其进行模态、谐响应分析后,结合实测数据,将故障原因定位为主板刚度不足引发共振进而导致硬盘无法读取。结构整改后,主板不再发生共振,样机试验过程中故障不再出现,测试点的加速度明显减小。进一步探讨加固计算机电路板抗振设计方法。通过厚度、紧固螺钉间距近似计算电路板固有频率,得到了几组可广泛适用于加固计算机电路板厚度、紧固螺钉间距的设计值。

高分辨率空间相机的工程分析

以大型结构设计软件SolidEdge建立了高分辨率空间相机的精确的几何模型,在此基础上用大型有限元分析软件MSC.Patran建立了相机的有限元模型,并利用MSC/Nastran对该相机整机进行了工程分析 其计算结果与试验结果相差 10%以内.

钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力试验研究

进行了钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力全过程的试验研究。研究表明,在面内和面外荷载共同作用下,面内的受力性能对初始缺陷的敏感性要大于面外受力;面外变形是钢管混凝土单肋拱极限承载能力的主要控制因素;与面内受力相反,空间受力时,几何非线性成为钢管混凝土拱的非线性性能与极限承载力的主要影响因素,材料非线性降为次要的影响因素。对应用通用程序进行钢管混凝土拱空间受力双重非线性有限元分析进行了探讨。

矮塔斜拉桥索鞍受力分析

以山西大同十里河矮塔斜拉桥为研究对象,为了准确地校核该桥索鞍的实际受力状况,文章采用空间有限元方法进行计算分析,将实际索力按空间抛物面形式的面压力施加在各个对应孔道上,并分析了拉索孔道施工偏差对运营阶段塔的影响。分析结果表明,该桥索鞍内必须设置钢套管否则混凝土会被压裂,同时施工时要严格控制孔道的光滑及对称性,否则塔会发生侧倾影响全桥的正常运营;孔道的最外侧是受拉应力最大的点,要适当加厚外缘的钢板厚度或在该区域做局部加强处理。

推进轴系改进设计对艇体声辐射特性影响的研究

以减小螺旋桨激励的艇体声辐射为研究目标,以降低经推力轴承传递至艇体的激励力的传递率为立足点,对推进轴系系统进行了三处改进设计。在校核和分析改进设计的可行性后,应用FEM/BEM在模态空间求解推进轴系改进设计前后螺旋桨激励力引起的艇体辐射声场,研究表明,螺旋桨轴向激励力是艇体低频辐射声场的重要激励源。在推进轴系上加装轴向减振器和推力轴承隔振器,并改用单支撑自调心推力轴承,可有效衰减力传递率,进而使螺旋桨激励的艇体辐射噪声得到一定程度的控制。

大型多纵梁矩形渡槽结构静力计算方法研究

根据大型多纵梁矩形渡槽槽身结构及其受力特点,研究了其结构静力计算的方法,并对梁格法、三维实体单元有限元法和实用空间分析法进行了对比。作者提出的实用空间分析法,简单实用又便于配筋,计算结果的精度能满足工程设计的要求。结构设计时可采用作者提出的实用空间法计算内力并进行配筋设计,用三维实体有限元方法校核主要受力断面的应力状态。

金属板料渐进成形有限元仿真过程中复杂成形路径的构建方法

提出一种用于获得复杂空间运动轨迹的方法——虚拟靠模导向法。该方法借鉴了数控加工中COPY铣的思想,利用轨迹生成球在由零件派生出的虚拟靠模表面上的持续运动来模拟实际成形工具的运动过程,从而获得最终成形路径。基于该思想和简单的运动学原理,轨迹球与虚拟靠模有限元模型被构建起来。通过对计算过程进行分析,确定运用该法时适合的加载力、成形速度及计算精度的影响因素。因该法完全基于有限元模拟计算,故获得的成形路径可直接导入至后续的金属板料成形过程的模拟分析。该法已在有限元软件PAMSTAMP平台上得以实现,并主要用于金属板料渐进成形过程的有限元仿真。

黄土连拱隧道两主洞开挖面合理间距研究

山区隧道由于受地形及展线限制,一些较短的隧道常常选用连拱结构型式。通过黄土连拱隧道的三维弹塑性数值模拟,分析了在左洞施工后,右洞施工对左洞的影响规律。对于本工程,黄土连拱隧道的两洞开挖面的合理距离为30 m。推广而言,对于黄土连拱隧道,两洞的开挖距离应为单洞跨度的3倍。

直流电晕笼中的合成场强和离子电流的计算

为了更好地解决高压直流输电线路中电磁环境问题,需要研究高压直流线路的电晕特性,而电晕笼是研究导线电晕特性的重要实验设备。因此,采用有限元法和通量管法分别求解了电晕笼内单极导线结构的电场和空间电荷密度,提出了电晕笼中导线表面空间电荷密度初值计算公式。计算中考虑了导线周围电离层的影响,并根据最小临界电离电场计算出一个电势作为新的边界条件。通过对比电晕笼内部的电晕电流、电场和离子电流密度分布的计算和测量数据,验证了算法的有效性。

空间光学系统的热分析

利用有限元方法对空间光学系统在各种空间热环境下的传热学及热力学响应进行了模拟仿真，通过对温度梯度分布的分析，采取了相应的热控手段，使系统的温度响应明显减小。

层状岩层裂纹饱和现象的数值模拟研究

层状岩层的裂纹饱和现象是地质界的一种普遍现象。基于有限元程序，分析了裂纹饱和现象的机理，从应力转化的角度解释了裂纹饱和现象；研究了单层材料厚度的变化对裂纹间距的影响；给出了层状材料达到饱和状态的全过程；并分析了裂纹的产生、发展规律。

轻型空间CCD相机模态分析及结构建模方法研究

文章以大型结构设计软件Pro/E、前后处理软件PATRAN及分析软件NASTRAN为基础 ,研究了轻型空间CCD相机的结构建模方法 ,建立了相机的超大规模有限元模型 ,并对该相机主要零部件及整机等多种状态进行模态分析 ,在验证该相机结构设计的合理性的同时有效地改进了设计。

求解定常势流正命题的全时-空变分有限元法

非定常流动变分原理的建立使得用有限元法来求解多工况点的设计问题成为可能。本文在刘高联的非定常变分理论的基础上,对定常变分问题进行时间相关有限元求解。但由于可压缩非定常位势流动的控制方程是双曲型的,简单地把时间当作同空间一样的物理维来求解是不可行的。而现有的时.空有限元法极其复杂,增加了计算复杂度,使其很难用于工程没计中。为此,文[2、3]提出了求解一维非定常问题的新型时-空有限元法。本文把该方法推广到二维流动,用它求解二维弯管内的流动和翼型绕流问题。计算结果与用定常方法求得的结果几乎重合,说明该方法可以用于多维时间相关求解。

波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

针对传统波谱单元法(SEM)只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯(Laplace)变换替换快速傅里叶(FFT)变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法(FEM)相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。

三峡水电站左岸厂房上部网架结构整体分析

三峡水利枢纽是跨世纪的宏伟工程 ,其左岸主厂房内设有两台 1 2 0 0 T大桥机及两台 1 2 5T小桥机。屋盖结构采用正放四角锥网架。由于该网架结构支撑在下、下游墙体结构上 ,必须参与厂房结构的整体作用 ,且屋面荷载较大 ,因而与普通民用工程中的网架结构在受力上有较大区别。鉴于三峡工程的重要性 ,必须对其受力性能作整体分析。本文系统介绍了该网架初步设计及整体有限元分析的情况 ,并就网架结构在与上、下游墙体的不同连接方式下的整体受力性能及经济性作了比较。同时 ,本文还针对网架结构分析了简化计算结果与整体分析结果的差别。结果表明 ,网架结构与上、下游墙体之间的相互作用非常明显 ,必须进行整体分析。最后 ,根据分析结果 ,得出一些有价值的结论 ,供同类工程参考。

基于流动坐标系的3维空间动力非线性有限元方法

为了考虑3维空间中柔性结构大幅振动的几何非线性振动效应,建立了基于流动坐标系(CR列式)的Newmark-β非线性有限元动力时程计算方法。在动力时程计算的每一个时间步中,考虑结构的几何非线性,考虑初始应力和重力的时变效应,通过平衡迭代计算,得到有限元模型各个节点的位移、速度、加速度。开发了使用杆、梁单元的有限元计算程序,并提供了详细的计算方法与计算流程。设计了多个算例,计算得到了柔性结构在3维空间的非线性振动现象,依据非线性振动理论解释了现象的原理。通过算例与ANSYS的进行了对比,结果表明:算法与程序编制正确可靠,计算效率高,适用于柔性结构在3维空间中大幅度非线性振动的计算与研究。

基于虚功原理表达的空间梁单元刚度矩阵分析

考虑任意空间梁单元存在 6个广义结点位移向量的一般情况 ,从虚功原理出发 ,严格地推导了空间梁单元刚度矩阵的表达式 .所得到的结果与文献中其他方法导出的结果一致 。

连拱隧道施工过程的三维空间效应模拟与分析

采用三维有限元方法动态模拟了连拱隧道的施工过程,并分析和探讨了隧道在开挖过程中围岩变形的时空效应以及左右洞施工的相互影响。分析结果表明,对单洞施工,开挖面对围岩变形的影响范围为其前后方2.5B(B 为隧洞净宽);考虑右洞开挖,对左洞围岩位移的影响范围分别为开挖面前方(未开挖)2B 和开挖面后方(已开挖)1B。最后分析了拱顶最大沉降量随开挖面推进的变化和产生的位置以及右洞开挖的影响。