空降车缓冲气囊系统特性仿真及其参数优化方法研究

建立了空降车-气囊系统非线性有限元模型,并通过典型工况试验对模型进行了验证,空降车各测点的垂向冲击加速度的仿真结果与实测结果的高度一致性表明,文中所建立模型的精度能够满足工程分析的需要。针对缓冲气囊的复杂非线性模型计算规模大、难以通过迭代的方法进行优化的问题,研究采用建立等效响应模型方法进行缓冲气囊的参数优化,优化前后气囊缓冲特性的对比结果表明,气囊优化后空降车着陆冲击加速度最大值减小了19.81%,气囊的能量吸收能力提高了7.85%,气囊的缓冲性能有显著的提高。     

无人机软着陆气囊缓冲特性研究

以上单翼布局无人机为对象,建立软着陆气囊缓冲系统的简化解析模型,开展了气囊软着陆系统缓冲特性的研究。在此基础上,进一步确定气囊设计参数的可行取值域,选取气囊初始设计参数。之后,构建缓冲系统的动力学有限元模型,分析了气囊设计参数及着陆姿态对于缓冲效果的影响。研究结果表明,正常着陆工况下,解析模型得到的气囊设计参数对无人机质心过载峰值的影响规律与有限元分析结果基本一致,不过由于解析模型中引入了多个假设,两种方法得到的过载峰值大小存在差异。当着陆存在初始姿态角时,会加重无人机缓冲过程中的俯仰与滚转运动,易造成机体的损坏。为了避免二次硬冲击带来的局部意外损害,提出一种组合型气囊设计方案。仿真分析表明,应用组合型气囊可以在缓冲后段提供有效的软支撑作用,避免无人机发生二次硬冲击和反弹翻覆。     

高压多气室排气式气囊设计计算研究

应用大型有限元软件Abaqus对多气室排气式高压气囊缓冲特性进行计算研究。建立多气室气囊模型,计算分析了影响气囊缓冲特性的具体参数。结果表明,在同种条件下,结构所受过载随气囊初始充气压力增大而提高;在相同充气压力下,缓冲过载随排气压力提高而提高,随排气口面积增加而降低。气囊缓冲特性不仅与初始充气压力有关,而且与排气口面积和排气压力有关。     

步兵战车自动炮武器系统发射动力学模型修正

为提高自动炮武器系统发射动力学模型精度,基于实弹射击试验建立支持向量机响应面,对仿真模型进行了修正。应用有限元分析方法建立了双炮身管结构和炮塔结构有限元模型,基于武器系统各部件间的约束关系建立了步兵战车刚柔耦合发射动力学模型;基于相同边界条件,选取自动炮连发射击中典型结构的振动特性搭建了测试系统并进行了实弹射击试验;针对仿真数据与试验数据误差,引入支持向量机响应面方法对步兵战车刚柔耦合发射动力学模型进行了修正。修正结果表明,基于支持向量机响应面的模型修正方法大幅提高了自动炮武器系统发射动力学模型的精度,更准确地反映了自动炮射击过程中的机构动态特性。     

空降车着陆缓冲过程结构强度分析方法研究

为了研究空降车着陆缓冲过程中的结构强度,采用有限元方法建立了车体-气囊有限元模型,在两种工况下进行仿真计算,获得最大加速度结果,并将有限元仿真与加速度试验结果对比。仿真结果能准确反映空降车着陆缓冲过程,车体冲击加速度满足着陆缓冲过程的要求。进一步得到了正常着陆工况和恶劣着陆工况下车体的应力分布情况,结果表明,车体最大Von Mises应力小于材料的抗拉强度,车体的结构强度满足设计要求。     

基于试验加速度的某自行高炮动力学模型参数修正研究

以某自行高炮为研究对象,建立刚柔耦合动力学模型,针对模型与实际高炮系统之间存在差异问题,开展动力学模型参数修正研究。通过开展射击试验,采集车体动力学响应,分析模型误差来源,以4个千斤顶的刚度系数为优化变量,依据试验数据,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对数学模型进行修正。为提高车体姿态实时预测精度,考虑到模型中后坐力参数与真实数据存在误差,在模型参数修正的基础上,为了减小每发射击后坐力给定误差,构建后坐力综合影响系数,在刚柔耦合模型求解车体姿态及射击车体振动响应采集的工作基础上,制定后坐力实时修正方案,采用粒子群算法PSO对每发射击的后坐力进行实时修正,并在车体姿态实时预测总体方案的基础上进行了系统的软硬件开发。结果表明,经过第1次修正后的车体在3个方向的第一阶频率幅值平均误差减小了46.2%,通过后坐力实时修正使得后坐力综合影响系数误差控制在1%以内,有效提高了自行高炮车体姿态预测精度,为自行高炮动力学模型参数修正提供了一种新思路。     

某大口径火炮身管膛线结构优化设计

以某大口径火炮为研究对象,运用有限元仿真技术,通过Python语言对弹炮耦合有限元模型进行二次开发,建立弹炮耦合参数化有限元模型。在弹炮耦合参数化有限元模型的基础上,以膛线结构参数为设计变量,以炮口扰动和导转侧受力最小为优化目标构建目标函数,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对膛线结构进行多目标优化,通过对比分析对优化结果进行验证。优化结果表明,优化后的膛线结构使导转侧受力和弹丸起始扰动分别减小了25.8%和28.8%.     

缓冲装置对某导弹系统初始扰动的影响研究

为研究缓冲装置对导弹系统初始扰动的影响,将接触变形碰撞模型应用于某导弹弹筒间隙中,基于拉格朗日方法建立了安装后坐缓冲装置的导弹发射系统运动耦合的多刚体动力学模型。通过数值仿真得到了系统的动力学响应,结果与实测参数基本一致。通过对比无缓冲装置的系统响应,说明安装后坐缓冲装置能够减小系统初始扰动,对推力偏心和弹筒间隙的影响具有调节作用。     

基于灵敏度分析技术与优化设计的导弹模型修正方法

基于灵敏度分析技术与优化设计技术,提出导弹模态参数修正的新方法。首先提出模型修正的新方法,给出某型导弹的有限元模型,计算其模态后,发现计算结果与实验辨识结果相差较大。选定需修正的材料参数,建立导弹结构的灵敏度分析模型和Matlab优化设计模型。最后,运用给出的模型修正方法对结构进行模态参数修正。结果表明,修正模型的计算模态与实验值吻合较好,验证了模型修正方法。     

空降车辆着陆缓冲过程动态建模仿真

针对空降车辆空投试验费用高、周期长、风险大的现实问题,在某空降车辆方案设计阶段,建立车辆和缓冲气囊仿真计算模型。采用有限元分析法分别建立车辆模型、气囊模型、车辆与气囊刚柔耦合模型,对空投正常工况和极限工况下的着陆缓冲过程进行仿真计算,得出车辆着陆过程自由落体、气囊缓冲和气囊反弹阶段车辆姿态变化情况,车体底甲板、顶甲板和炮塔部位冲击加速度特性以及2种工况下车体结构最大应力部位和最大值。研究发现：在正常工况下,车体顶部甲板冲击加速度最大,平均峰值达11.31 g,最大应力均满足设计要求;在极限工况下,动力装置支撑处出现最大峰值冲击载荷,最大应力超出设计许用值,需要进行局部结构改进设计。研究结果表明,所提模型可为车辆结构优化设计提供量化载荷边界条件,为着陆缓冲过程试验测试方案提供计算数据,同时可为车辆和气囊优化匹配、试验、改进等提供理论依据。     

水下无人航行器折叠气囊充气展开特性模拟研究

为深入了解水下航行器助浮折叠气囊的充气展开行为,对水下环形折叠气囊的充气展开特性进行相关研究。基于初始矩阵法,建立环形助浮折叠气囊的有限元模型。基于控制体积方法,采用有限元分析软件LS-DYNA进行折叠气囊的展开仿真计算。通过与地面展开试验的初步对比,验证气囊环向折叠建模方法的有效性。考虑不同水深带来的外部压力效应不同,进一步分析充气压力、充气管径、水深、环境热交换等设计参数对水下折叠气囊展开过程的影响。结果表明：气囊极限工作深度随充气压力的升高而线性增加;充气时间随充气管径的增加而减小;环境与展开系统的传热作用主要发生在气囊与环境之间,在气囊与气瓶充气平衡后进行,气囊完全展开的时间随着传热系数增加而减小。     

空投货台摆荡阶段流体-固体耦合建模分析

为获得空投货台摆荡阶段的精确动力学响应,考虑货台大幅度摆荡对空气产生的非定常效应,基于平衡点法构建了空投吊挂系统多体动力学模型,并采用基于ALE格式的有限体积法建立了空气流场模型,在此基础上推导建立了非定常流动作用下的货台-空气流体-固体耦合分析模型。通过数值算例研究:验证了该多体动力学模型的鲁棒性和正确性;明确了层流非定常模型能较好地描述流体对平板的作用力,可用于空投货台摆荡阶段的流场分析;对比指出通过流体-固体耦合分析得到的非定常流动气动力显示出震荡特性,而定常流动假设模型会给货台带来类似粘滞阻尼的特性,其减速效果要比非定常流动模型强烈。     

高压高速工况下弹炮间摩擦系数表征及数值模拟

为了准确表征弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副的摩擦系数,采用动压润滑理论,综合考虑身管弹丸摩擦副高压、高速的极端工况,建立了动压润滑摩擦模型,推导出了相应的摩擦系数计算公式。通过有限元方法模拟了弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副摩擦系数的转变过程。结果表明:摩擦系数与接触压力和相对运动速度成反比,当接触压力和相对运动速度乘积达到20 000 MPa·m/s以后,摩擦系数基本趋于稳定值0.02。与恒定摩擦系数下弹丸的运动姿态进行了对比,得到了更为平稳的弹丸运动姿态,为弹炮一体化设计分析提供了一种技术途径。     

高速载流电枢表面瞬态温度场仿真与测量

高速滑动电接触属于特殊工况下的摩擦磨损问题。大载流条件下,电枢和滑轨接触表面间的瞬态温升是导致材料失效的重要原因。为研究引起电枢温升的因素,在传热学理论的基础上建立了电接触副的二维有限元模型,通过控制单一变量的方法,研究了各仿真参数对电枢温升的影响规律。研究结果表明：电枢最高温度分别随电流、滑行距离、接触面摩擦因数的增大呈增长趋势,随接触压力的增大呈“U”型变化趋势。在此基础上,进行了电接触构件表面温度测量实验,实验结果与理论分析结果基本吻合,表明所建仿真模型的正确性,为大载流高速滑动电接触中接触副材料的选取及如何降低温升、提高电接触性能提供了参考依据。     

基于多目标遗传算法的高速履带车辆动力学模型参数修正研究

为了提高高速履带车辆多体动力学模型仿真结果的准确度,对模型参数修正方法进行了研究。建立了高速履带车辆多体动力学模型,根据其行驶工况统计规律,选择水泥路和砂石路作为参数修正的行驶路面条件。对比分析了模型参数修正前的仿真结果与实车测试结果,并给出了修正目标函数的表达式。通过正交实验设计筛选出对目标函数影响较大的待修正模型参数。为了解决修正效率低、计算量大的问题,建立了修正参数与目标函数之间关系的径向基神经网络近似模型。通过分析目标函数随修正参数的变化规律,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对两种工况条件下的模型参数同时进行修正,并确定了最终解。研究结果表明,动力学模型仿真结果的准确度得到了提高,证明该修正方法的有效性。     

轿车白车身模态分析研究

以某轿车白车身为研究对象，在Hypermesh中建立其有限元模型，再导人到ANSYS中对该有限元模型进行模态分析，从而求得白车身的固有振动特性，在进行有限元分析的同时对样车白车身进行模态试验分析，用试验结果验证有限元模型，结果表明，该车自车身的刚度较大，为后续的优化设计提供了一定的空间。     

基于LS-DYNA的保险杠耐撞性虚拟试验研究

为提高某轿车保险杠的耐撞性,根据GB17354-1998标准,在LS-DYNA软件中建立虚拟碰撞试验的有限元模型,对不同车体边界条件、材料屈服强度和地面摩擦系数下的主梁和吸能盒变形以及系统内能进行了对比分析,探讨了这些参数对保险杠耐撞性的影响.研究表明:依据实际试验情况,车体边界条件应设为不固定;合理组合主梁和吸能盒的屈服强度可提高保险杠耐撞性;地面摩擦系数增大,保险杠吸能量增加.     

铝合金车体抗冲击能力的动态有限元仿真

在满足结构强度要求下，严格控制车体重量是空降特种车辆总体设计中需要把握的重要设计准则。通过试验研究简化了着地冲击过程仿真，建立了铝合金车体和焊缝的有限元模型；采用大位移、非线性、动态有限元方法，对于车体着陆过程进行了瞬态有限元结构强度分析和模态分析，得到了不同着陆状态下，车体位移、应力和应变的瞬态分布结果；验证了该有限元模型和分析方法的有效性，为车体结构的优化设计提供了可靠依据。