初偏心影响下的水下高速运动体的抗弯稳定性及可靠性分析

针对有初偏心的水下高速运动弹性体的抗弯稳定性问题,建立了一个简化的力学模型。基于小挠度下杆所承受载荷的微分方程,确定了水下高速运动弹性体的弯曲失稳的临界载荷,得到了临界载荷与初始偏心之间的关系。在此基础上进行了结构的可靠性分析,得到了结构的可靠性指标和失效概率。最后,通过算例,说明该方法的有效性。     

超空泡射弹动力稳定性的非概率可靠性分析

超空泡射弹水下高速运动时,前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性,有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响,在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析,得到了结构的非概率可靠度,通过算例说明该方法的有效性。超空泡射弹水下高速运动时,前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性,有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响,在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析,得到了结构的非概率可靠度,通过算例说明该方法的有效性。     

不同空化器对水下射弹动态减阻特性影响分析

为了研究水下高速射弹在运动过程中空化器形状对减阻特性的影响,基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型、6DOF动网格技术,对带不同空化器射弹的水下动态运动进行了分析研究。分析了不同空化器的超空泡射弹在空化和全沾湿两种情况下减阻特性和空化数变化。结果表明圆盘空化器直径为0.5 mm的减阻性能最佳,而圆锥空化器圆锥角为60°的射弹平均减阻率最佳;对比两种空化器结构的射弹,在一定的范围内,圆盘空化器更适用于水下小口径高速射弹。本研究结果对水下高速射弹动态减阻特性分析具有一定的参考价值,并为空化器的优化提供了一定的指导方向。     

利用模态参数预示外压壳体的屈曲

本文介绍一种振动诊断技术。它可用于结构屈曲试验可能产生的破坏形态。本技术尤其是可用于外压锥壳屈曲特性的研究。本技术是应用大力神4整流罩头锥比例模型进行研究的。它基于屈曲形态下的固有频率在达到临界屈曲载荷时为零。在低于临界屈曲载荷的几个载荷下测取模态参数后,用外插频率-载荷相互关系曲线得到零频交点。应用线性、小位移壳体理论预示频率平方与机械载荷(外压、轴压等)之间的线性相互关系曲线。事实上,诸如振幅、壳初始缺陷那样的多种因素参与在内,相互关系曲线有明显的非线性。为了精确预示屈曲载荷必须知道非线性效应。尽管如此,非线性现象即使并不完全清楚,也可发展以振动为基础的“中断”试验准则并用于外压壳结构的鉴定试验。这一技术为大硬件屈曲试验提供有实用价值的、不到屈曲破坏就中断试验的诊断技术。本文第一部分介绍理论分析;第二部分介绍试验工作。试验包括大力神4有效载荷整流罩头锥缩尺lexan塑料模型与全尺寸结构模型试验。本技术已作为大力神4整流罩头锥全尺寸结构试验防止过载和因此而产生的总体失稳破坏的诊断工具。     

基于ANSYS的滚珠丝杠副屈曲分析

利用2端铰支压杆的欧拉公式对丝杠的临界压力进行了计算,为准确计算屈曲临界载荷,利用有限元软件ANSYS对其结构进行了线性和非线性屈曲分析,并对不同方法计算的结果进行了对比．计算结果表明,欧拉公式和线性计算的结果相差很小．由于考虑了材料的初始缺陷和初始扰动,非线性屈曲分析得到的临界载荷最保守,因此应用该值设计的滚珠丝杠副偏于安全．     

高层建筑用AA3004铝合金板材屈曲特性分析

为研究AA3004铝合金屈曲特性,在150、350℃退火后,制成十字型和H型板型结构;以H型样品建立有限元模型,施加5 kPa负风压,分析纯弯荷载下平面外变形,并用ANSYS软件分析非线性屈曲,计算临界屈曲载荷;十字型一侧受约束另一侧自由,H型两侧均受约束,分析两种样品的屈曲情况。结果表明:纯弯荷载下,H型无明显屈曲,符合纯弯板材变形规律,无明显变形扭转;初始缺陷越高,H型屈曲载荷受本构关系和相邻板材的约束越大。该方法计算的十字型和H型样品临界屈曲载荷最接近实际临界载荷,适用于高层建筑。     

考虑砰击作用时舰船甲板的可靠性分析

针对甲板结构受压屈曲的失效模式,提出一种砰击载荷作用下舰船结构的可靠性分析方法。基于随机过程理论,计入砰击载荷和波浪载荷幅值的相关性,建立了舰船在砰击、波浪及静水载荷联合作用下甲板失效功能函数的随机过程模型。采用上穿率及并联系统可靠性分析方法求解此随机过程的可靠性。通过算例分析了舰船结构的阻尼率、砰击率及载荷相关系数对结构可靠性的影响。结果表明,结构的阻尼率决定了砰击载荷对可靠性的影响程度。同时对甲板结构各主要失效模式的可靠性进行计算,发现加强筋侧倾失效是最危险的。该方法将为合理评估舰船结构的可靠性提供理论参考依据。     

一种空投水雷水下初始弹道的仿真

在对一种空投水雷水下无动力运动过程中运动受力分析的基础上,建立了研究其水下初始弹道的运动数学模型,并用Matlab软件编写实现了弹道仿真。仿真计算表明:研究的空投水雷在有水平均匀水流和入水角的情况下,一定深度范围内的初始弹道表现出逆流向运动特性,对减小散布距离有一定好处;在没有水平均匀水流情况下,入水角的增加比增大空投水雷入水速度对散布距离的影响更明显。     

基于ANSYS Workbench的水下航行体壳体结构优化

壳体结构的质量大小直接影响水下航行体的整体性能,传统的优化方法工作量大,计算也较复杂。本文运用有限元软件ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对壳体壁厚、环形肋的截面宽度和高度、环肋间距进行优化,在保证壳体满足强度和稳定性要求的情况下,将壳体的质量最小化。通过此方法对水下航行体壳体结构进行优化,得到最优化的壳体结构质量,对水下航行体的整体设计具有一定的指导意义。     

引信支筒动态屈曲的实验研究

本文利用Hopkinson压杆实验装置,对M739引信用支筒的动态屈曲性能进行了实验研究,首次测出壳体屈曲时的临界载荷及屈曲时间,同时发现大部分支简——组合壳体的屈曲形式是菱形波,个别支筒的屈曲形式是环形波和三角形波,这不仅为理论分析提供准确可靠的依据,而且为改进工程设计提高支筒性能,提高引信安全性及瞬发度有重要价值。关键词:冲击载荷、组合壳体、塑性屈曲、实验技术。     

锥壳动态环境适应性试验研究

针对薄壁圆锥壳结构设计需要,开展一种锥壳在预紧状态下的动态环境适应性研究.采用线性稳定理论求解锥壳的轴压屈曲临界载荷,介绍试验设备、装置、条件与流程,经过试验获得其加速度-振动条件下的环境适应性结果.研究结果表明:在规定的动态环境下,锥壳具备一定的支撑刚度,不会出现结构强度不足引起的质量块偏心问题,锥壳的安全系数不小于1.8,具有较好的动态环境适应性.该成果可用于确定锥壳的最终状态和锥壳装配的预紧力控制.     

高g值冲击下圆锥壳缓冲吸能特性研究

为探究不同底角角度的圆锥壳在高g值冲击下的缓冲吸能特性,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件在不同幅值与脉宽的半正弦加速度冲击作用下,对不同底角角度圆锥壳的缓冲效果进行数值模拟,采用屈曲模态、隔冲效率、总吸能、比吸能对缓冲效果进行评估。结果表明:圆锥壳的屈曲模态为轴对称叠缩模式;圆锥壳底角角度从90°变为65°时,隔冲效率提升25%以上、总吸能增加8%以上、比吸能增加1倍以上。圆锥壳相较圆柱壳具有更好的缓冲吸能特性;随着底角角度的减小,圆锥壳具有更好的缓冲效果。     

高速供弹机构运动可靠性仿真研究

为提高转管自动炮高速供弹机构的供弹运动可靠性,研究了高速供弹机构运动可靠性仿真方法,建立了某转管自动炮高速供弹机构的动力学仿真模型,采用随机抽样模拟拨弹轮的初始定位角误差,完成供弹机构的参数化驱动供弹仿真,结合可靠性应力强度干涉模型,计算了供弹机构的运动可靠性,并根据计算结果,比较和优化了设计方案.试验结果表明,通过运...     

截锥壳在强脉冲载荷作用下的动响应分析

研究了截锥壳受到迎风面呈余弦分布的强脉冲载荷作用时产生的瞬态响应.为此首先建立有限元模型,进行模态分析,用模态试验结果验证模型的正确性.接着对这一模型,加上余弦分布强脉冲载荷,用MSC/NASTRAN大型程序完成动响应计算,与化爆加载试验测量结果比较,观察上述计算结果的有效性.     

大口径平顶弹体击水动力学方程研究

针对大口径平顶弹体高速入水时,弹体击水运动过程中弹体与水之间的能量转化以及运动状态变化的问题,基于动量定理与动量矩定理,通过简化弹体击水模型,进行坐标变换及数学推导,得出了平顶弹体击水三自由度方程组。计算了大口径平顶弹体击水瞬间的动力学响应。基于Matlab/Simulink模块编写软件进行了算例分析,得到了弹体击水过程中速度、轴向载荷、径向载荷以及力矩变化。结果表明,该方法可以为水中兵器强度设计,以及入水载荷问题的研究提供一种物理模型,并为后续研究此类问题提供参考。     

大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳的屈曲

考虑到了横向剪切的作用,通过应用最小势能原理和能量变分方法建立 了复合材料圆柱壳的稳定性控制方程。大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳稳定性方程的一组非线性高阶常系数偏微分方程,包含了4个独立的函数,它们分别为横向挠度w和参考曲面的法线转角φx,φy,以及应力函数F。在位移场的表达式中,将轴向和周向位移对z进行泰勒展开,并且保留了前4项,在使得横向剪力满足在上下表面为零的条件下,选用了同一阶剪切理论相同的参数,即引入了参考曲面的法线转角φx,φy,避免了引入横向剪力修正系数。此方法地于夹层复合材料板壳和各向同性板壳同样适用。采用前屈曲薄膜假设,假设屈曲位移函数w,φx,φy,通过求解广州特征值来使得系数矩阵的行列式的值为零,得到的最小的广义特征值就是屈曲载荷。文中通过数值计算确定了位称项的合适的数目,并且将屈曲载荷计算值与实验值做了对比。     

Optimal Guaranteed Cost Control Algorithm for Automatic Chain Shell Magazine

The automatic chain shell magazine is the primary subassembly of the automatic ammunition loading system of a big-caliber howitzer. Due to the change of the shell amount in the magazine during firing, its positioning control is a kind of control problem of systems with uncertain parameters. In order to realize accurate control of shell position, an optimal guaranteed cost control algorithm based on linear matrix inequality (LMI) theory was put forward. The motion equations of the magazine were built, and the motion equations for four special load situations were linearized; according to the basic theory of the guaranteed cost control, the motion equations were written as the standard forms for linear uncertain systems; the optimal guaranteed cost control law for the position control of the magazine was obtained by use of LMI toolbox in MATLAB package. Using this control law, the controlled dynamic simulation of the shell magazine was carried out. The simulation results indicate that the control algorithm has high control precision.     

自主水下航行器的分离运动安全性研究

为给自主水下航行器(AUV)的分离方式选择提供理论依据,对重力解脱方式和推冲分离方式下AUV的分离运动安全性进行了定量分析。考虑到载荷与运载体之间相互影响的差异,利用多刚体力学原理,建立了两种方式下的AUV分离运动方程。根据彻底分离后载荷与运载体之间的相对距离检测,提出了一种分离安全度模型。结果表明,当载荷的重力大于浮力时,前种方式下的分离安全度随着分离前速度或辅助推力的增加而提高,预定分离角过大或过小会使其降低;对于后种方式,在低速、大推冲力条件下其分离安全性较前种方式高,在高速时则可能导致碰撞。