星箭分离面径向冲击预示的简化圆环分析方法

星箭分离冲击是航天器所经历的较为严酷的力学环境之一.为了预示星箭分离面的径向冲击响应,基于星箭对接框承受轴对称径向载荷的假设,提出一种简化的轴对称圆环振动模型,采用有限元法数值验证简化模型的有效性.采用星箭对接框的简化圆环方法,分析包带预紧力、对接框主要结构参数与冲击响应的关系,以及包带和卡块质量对冲击的影响.分析结果表明,分离面径向冲击随着包带预紧力增加而增大;考虑包带和卡块质量的影响,延迟对接框应变能释放时间.在保证星箭可靠连接和分离的前提下,减小包带预紧力、延长对接框应变能释放时间,是降低分离面径向冲击的有效手段.     

含预紧力失谐的叶盘结构振动局部化问题研究

在工程实践中发现叶盘结构存在一种新的失谐——预紧力失谐,基于一个含预紧力的叶盘结构连续参数模型,对比分析了预紧力失谐和刚度失谐下叶盘结构的振动特性,揭示了预紧力失谐对叶盘结构振动响应局部化的影响规律.研究发现,预紧力失谐不会导致模态局部化,但能导致叶盘结构出现振动响应局部化,在相同失谐强度下,预紧力失谐所导致的叶盘结构振动响应局部化程度与固有参数失谐相当.因此,预紧力失谐不能通过传统的检测手段如模态实验来发现.这些结果一方面完善了失谐叶盘结构的研究内容,一方面为叶盘结构的设计和制造提供了理论指导.     

控制力矩陀螺转子1阶临界转速及轴向振动响应分析

基于转子动力学及谐响应理论,建立了高速转子的有限元分析模型,研究了旋转质量本体辐板倾斜角、轴承预紧力、轴承安装跨距对高速转子1阶临界转速及轴向振动响应的影响。结果表明:转子1阶临界转速随轴承预紧力的增加而增大,随轴承安装跨距的增加而减小,随旋转质量本体辐板倾斜角的增加呈先增大后减小的趋势;高速转子的放大因子随辐板倾斜角和轴承预紧力的增加而增大;轮缘的轴向振动位移响应随轴承预紧力的增加而减小,随辐板倾斜角的增加呈先减小后增大的趋势;轴承安装跨距对高速转子的放大因子和轮缘的轴向振动位移响应的影响较小。     

包带式解锁支座的设计与试验

为了满足空间载荷在发射阶段的复杂动力学特性要求,并满足入轨之后的解锁分离,设计了一种爆炸螺栓驱动的包带式解锁支座,并对其进行了受力分析和爆炸螺栓拧紧力矩加载分析。建立了包带与支座的接触有限元模型,进行了预紧力加载分析和轴向拉伸载荷分析。由分析结果可知,包带上的应力分布沿着远离夹紧区域的方向逐渐减小,同时啮合区域的摩擦因数越大,包带的最大应力越小。分析了两种故障模式及其处理措施。振动试验表明：3个方向的均方根加速度放大倍率都很小,其一阶模态全部大于200Hz,满足刚度和承载能力要求;同时该装置解锁可靠性高,具有良好的冲击响应衰减特性。     

基于非线性动响应的夹持松动特性研究

根据夹持结构存在的局部非线性特点,研究基于非线性动响应的夹持松动识别方法。利用悬臂梁结构在夹持边界条件下自由振动的非线性动响应理论解,将结构非线性响应的二次谐波振幅与基频振幅响应的比例系数r作为松动判别特征量,研究夹持结构的松动特性规律。以夹持悬臂梁结构为研究对象,建立接触有限元模型来计算夹持结构的非线性动响应;同时开展了试验研究,通过不同夹持力下结构振动响应特性来验证该方法的有效性。仿真和试验结果表明,随着夹持力的增加,结构非线性动响应信号的二次谐波振幅呈下降趋势,振幅比值r呈幂指数下降。二次谐波振幅与基频振幅的比值r可以作为表征结构松动状态的判据。     

一种确定轴承预紧力的方法

在数控机床中，支撑滚珠丝杠的轴承必须施加预紧力，消除轴向间隙。其目的是为了减少反向误差，提高轴系刚性及回转精度，降低振动及噪声。在机床的制造与维修中，如果对支撑滚珠丝杠的轴承施加的轴向预紧力太小，则达不到上述目的；如果施加的轴向预紧力太大，则会增加摩擦，运转时温升太高，降低轴承寿命和传动效率。轴向预紧力的大小是否合理对机床的装配质量非常重要。     

多层回转体预紧结构层间转动试验

为研究含黏弹性材料多层回转体结构在轴向振动作用下的层间转动特性,设计了多层回转体试验件,进行了黏弹性材料压缩力学性能研究,建立了考虑黏弹性材料非线性力学特性的结构动力学模型。基于模态试验考察了不同预紧力条件下结构的模态变化规律,在此基础上开展了随机振动环境下试验件层间转动特性试验,获得了确定的层间转动现象,并研究了不同振动量级及预紧力对层间转动的影响。基于随机振动试验获得了含黏弹性材料回转体预紧结构层间转动与否的预紧力、振动量级分界线。相关试验结果可为工程设计提供支持。     

螺旋盘绕式可展开天线动力学仿真分析

盘绕式展开机构具有构造简单、高刚性、高可靠性、高收纳率等特点,因而特别适用于小型探测臂、太阳帆板、天线展开机构等航天领域。某螺旋盘绕式可展开天线是一种典型的盘绕式展开机构。建立合理精确的螺旋盘绕式可展开天线的结构动力学模型,对掌握其动力学特性至关重要。文中运用温度梯度方法解决天线纵杆预紧力的问题。将交叉的两根斜拉杆简化为单根可拉压杆,以此处理斜拉杆在振动过程中的松弛问题。采用有限元方法分析了天线展开状态的模态、振型及加速度响应,并采用低量级正弦振动试验对仿真结果进行了验证。     

预紧力对紧螺栓连接板位移载荷响应的影响

针对螺栓连接的可靠性和紧密性问题,研究切向载荷作用下预紧力对紧螺栓连接结合面微滑状态下等效刚度以及微滑移-宏观滑移临界响应幅值的影响。以单搭单螺栓连接板为对象,分析结合面接触压力和预紧力的关系,在研究连接板位移载荷特性的基础上,构建螺栓连接板的等效刚度模型;基于有限元法开发变预紧力的单搭螺栓连接板参数化模型,提出位移载荷响应计算方法;探讨预紧力对微滑阶段螺栓连接板的位移-载荷响应的影响,分析预紧力对微滑移-宏观滑移临界响应幅值和等效刚度的作用。结果表明,当连接板自由端位移响应幅值小于0.075 mm时,预紧力变化对位移载荷响应没有影响,螺栓连接板等效刚度渐硬;当位移响应幅值大于0.075 mm时,预紧力对等效刚度影响明显;微滑移-宏观滑移临界响应幅值与预紧力大小呈近似线性关系。当预紧力为[0.15~0.33]F_(0max)(F_(0max)为最大预紧力)或[0.45~0.70]F_(0max)时,预紧力变化对连接刚度影响很小,预紧力对等效连接刚度的影响可达到50%。研究表明,切向载荷作用下的摩擦式螺栓连接,改变预紧力可调节螺栓连接板的等效刚度和微滑移-宏观滑移临界响应幅值,综合考虑可为螺栓连接板的力学设计提供新思路。     

机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法

针对高速机床主轴轴承在主轴转速、负载及初始预紧力影响作用下,产生附加热诱导预紧力的问题,提出一种基于分离式隔圈的机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法,实现了主轴轴承热诱导预紧力自补偿。首先,建立了主轴单元热结构耦合分析模型,分析了不同温度及载荷下,分离式隔圈的轴向相对位移;其次,利用高速机床主轴轴承试验平台研究了补偿前后不同主轴转速和初始预紧力下主轴单元振动和轴承温升的变化规律。结果表明,隔圈相对位移随温度成线性变化,而初始预紧力对其几乎没有影响;且采用分离式隔圈相较于传统的一体式隔圈,主轴单元振动略有增加,但轴承温升显著减小,说明所设计分离式隔圈能够有效降低热诱导预紧力。     

某雷达基座的有限元分析

基座是雷达天馈系统和分机的安装基础,其结构刚强度能否满足技术要求,对雷达整体性能有着重要影响。在结构总体设计工作中,有必要对基座的应力应变以及固有频率进行研究。文中以某气象雷达天线座基座为研究对象,以其加强筋的厚度和数量作为变量,对基座进行静力学和模态分析,通过研究这两个变量与基座应力、应变和固有频率的关系,为基座的设计提供了一定的理论依据。     

雷达天线阵面及天线座炮振响应分析

为了保证天线阵面和天线座在炮击振动下的位移响应满足天线指向的精度要求,应力响应满足强度要求,加速度响应满足模块的设计要求,固有频率满足伺服系统带宽的要求,对雷达天线阵面和天线座的炮振响应进行仿真计算,得到仿真模型的固有模态和固有频率,以及模型的位移响应、应力响应和加速度响应,然后将仿真结果和各项要求进行对比分析,证明了天线阵面和天线座的结构设计合理,雷达在炮振条件下可以正常工作.     

面向动力学性能的薄壁加筋板结构阻尼与筋条布局协同优化设计

为减小薄壁加筋结构在动态环境下的振动,提出了加筋肋布局和阻尼层拓扑一体化设计方法。以含表层阻尼材料的薄壁加筋板结构为研究对象,结合阻尼材料惩罚模型与基结构优化方法,引入筋条密度和阻尼单元密度两类独立设计变量,考虑筋条和阻尼材料的体积约束,建立最小化动态柔度的阻尼材料拓扑和筋条布局的协同优化模型,实现面向动态响应最小化的含阻尼层的薄壁加筋结构最优设计。通过不同阻尼、不同频率下的含表面阻尼层加筋板的多个数值算例,验证了所提方法和模型的有效性。     

基于蜂窝加肋板结构参数匹配抑制光学卫星随机响应

以结构参数的最优匹配为设计目标,提出了一种改善光学卫星振动环境的新思路。针对某光学卫星振动试验中出现的蜂窝顶板随机振动响应过大的问题,研究了加强肋在降低简支蜂窝板随机振动响应中的作用。分析了该光学卫星蜂窝板结构的特点,探讨了它的随机载荷以及在其激励下蜂窝板式结构的动力学响应。结合卫星自身结构上的需要,提出了一种通过添加特定截面H型加强肋的方法来降低蜂窝板的响应。利用有限元法对外形尺寸为1 000mm×1 000mm×30mm的蜂窝板模型进行随机振动分析验证,结果显示:H型加强肋能显著降低蜂窝板的振动响应,有明显减振效果。最后,根据整星振动试验结果对卫星力学模型进行了修正,并利用该方法对修正后的模型进行动力学分析和优化,分析结果表明顶板响应降幅达到了40%,为系统可接受范围,证明了提出的方法很好地抑制了结构的随机振动响应。     

径射状可展天线反射器结构设计与动力学分析

结构动力学分析是大口径空间天线研制工作的重要组成部分。本文将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线反射器结构,设计了18 m口径的天线反射器,并建立了工作状态时的天线反射器结构有限元模型。采用ANSYS软件计算了径射状天线反射器的固有频率、谐响应和冲击响应,并研究了索网拉力、材料阻尼等对冲击响应的影响规律,为该天线的结构参数优化和阻尼设计提供了依据。     

Conditions of rib design for polycarbonate resin with high glossy surfaces

Much attention has been being given to the importance of product surfaces in the field of plastic parts, as industrial design has become one of the key elements of product success. These plastic parts incorporate rib-like geometries on the non-appearance surfaces of plastic in order to increase the stiffness of rigidity of the section, but they often cause appearance problems of the product’s surface overall by making a sink mark on that surface. The thickness, height and draft-angle of the rib are generally known as major parameters influencing the sink mark on the appearance surface. Therefore, designers of plastic parts must determine the variables of reinforcing ribs. The goal of this study is to find the optimum design variables in the mixing conditions of the thickness, the height and the draft angle of reinforcing ribs so that designers of plastic parts can easily determine the conditions of the reinforcing ribs as the part’s section thickness varies within an objective limit in polycarbonate plastic resin and a high glossy surface that are widely applied in the creation of plastic products. We investigated the actual depths of sink marks on the surface of a specimen that was manufactured with an injection mold specifically for this study. Response surface methodology with the Box-Behnken design was used to analyze the regression curve of real depths with combinations of the thickness, height and draft angle of the ribs. The result shows that the most influential factor to increase the shrinkage is the thickness of ribs and that the optimum value of the rib thickness is a range from multiple of 0.25 to 0.34 of the section thickness. Also, the rib height and rib draft angle are not major factors that can change the sink amount.     

Experimental and numerical investigation of heat transfer characteristics in a square channel with various truncated ribs

Oblique ribs are widely applied to the internal cooling of turbine blades to promote the heat transfer between blade wall and coolant. In this study, the effect of several new types of truncated ribs on the heat transfer characteristics in 45° oblique rib channels is investigated experimentally and numerically. The numerical results obtained by the SST k-ω turbulence model agree well with the experimental data for the Reynolds number ranging from 10000 to 60000. The results indicate a significant entrance effect on the heat transfer in truncated rib channels. The numerical results show that ribs continuously truncated at 3.8 mm gives the best heat transfer performance among the newly truncated ribs. Compared with the original structure, the Nusselt number and heat transfer enhancement factor of newly truncated ribs increased by 24.6 % and 17.8 %, respectively. Concurrently, the friction factor is reduced by 5.1 %.

     

某机载雷达天线框架结构的有限元分析

天线框架是天线的安装平台和精度基准,其结构刚度与强度直接关系到机载雷达的性能。文中以某机载雷达天线框架结构为研究对象,建立了完整的有限元仿真模型,进行了模态分析,给出了结构的前6 阶固有频率及振型,完成了该结构在加速度过载下的准静态分析及随机振动的响应分析,得到了相应的变形和应力值,并计算了相应的安全裕度。结果表明,该机载雷达天线框架具有较高的基频和较好的刚强度,结构设计满足机载产品抗力学环境设计要求。     

Investigation of mixing and simulation of an electroosmotic micromixer

An investigation of mixing in a micromixer structure with a novel designed chamber and some ribs in it is carried out through the use of COMSOL Multiphysics software. By designing a new chamber structure, some ribs with considered dimensions, four microelectrodes and using computer simulation, acceptable mixing results are achieved. The performance of the micromixer and pressure requirement with different rib dimensions, with and without microelectrodes is compared. The design under continuous flow conditions using computer simulation is analyzed. By the generation of eddies, flow deviation and electroosmotic effect, mixing performance is enhanced. In spite of obstacles, to have better performance, the pressure need for rapid mixing is decreased. In the final stage, the effects of the AC voltage and its frequency on mixing quality were surveyed. Advantages of this design are easy fabrication, admirable mixing performance, and high integration capability.     

考虑螺栓联接结构的轴承-转子系统振动特性分析

针对含螺栓联接结构的轴承-转子系统,建立考虑陀螺力矩及因螺栓预紧力不均匀产生的初始变形量的非线性转子系统动力学模型。采用法求解转子系统运动方程,通过分岔图、时域曲线、频谱及Poincaré映射图研究存在轴承游隙时转子系统的混沌路径,并分析不同初始变形量及轴承游隙对转子系统非线性振动特性的影响,通过试验验证所得结论的准确性。研究表明,当存在轴承游隙时,预紧力不均匀产生的初始变形量增加会抑制低转速下盘的混沌运动,拟周期运动进入混沌运动状态的转速升高,临界转速附近的振动幅值增加,系统混沌路径发生变化;存在初始变形量时,随着轴承径向游隙增大,系统在低转速工作状态下即进入混沌运动运动状态,拟周期运动进入混沌运动状态的转速降低。研究结果可为含螺栓联接结构的轴承-转子系统设计提供理论参考。