密排圆形胞元蜂窝面内等效弹性参数的模拟仿真

利用有限元数值模拟技术建立了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的模拟模型,提出了一种求解该结构面内力学性能参数的分析方法,解决了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构几何建模中存在无理数的问题,通过用验证的3D有限元模型和分析方法对不同几何结构尺寸和材质的蜂窝夹芯面内等效弹性参数的模拟研究,获得了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构面内等效刚度和Poission比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,并给出了等效参数的计算分析公式,为密排圆形胞元蜂窝夹芯复合材料结构理论研究奠定了基础。     

特殊内凹形蜂窝结构等效扭转刚度研究

为了进一步研究内凹形蜂窝结构中的等效扭转刚度,针对一种特殊的内凹形蜂窝结构,将其简化为正交异性薄板,分别计算均布扭矩作用下等效薄板的变形能及蜂窝胞元各胞壁变形能之和：利用能量等效原理推导该蜂窝结构等效扭转刚度的理论公式。结果显示,胞壁夹角变化对蜂窝结构扭转刚度的影响明显,且随着胞壁厚度的增大,蜂窝结构扭转刚度有明显提升,最后建立蜂窝结构的有限元模型进行数值分析,并利用数值结果反推了蜂窝结构的扭转刚度,其与理论结果的误差在3%左右,验证了理论分析方法的正确性。     

常见蜂窝胞元轴向承载能力研究

根据细长杆稳定理论与薄壁板壳屈曲理论,建立了圆形、正方形和正六边形蜂窝夹芯胞元壳的轴向受压理论分析模型,推出了不同形状蜂窝胞元夹芯的临界应力（或蒙皮平压应力）计算公式,在此基础上对不同胞元轴向承载能力用比强度的形式进行了比较。得出了在蜂窝夹芯材质相同情况下,圆形疏排蜂窝结构的比强度最高,依次是圆形密排和正六边形蜂窝,正方形结构的比强度最低等结论。最后用3D有限元数值模拟技术,通过对铝质正方形蜂窝胞元壳的模拟,将其结果与本模型计算值进行了比较,两者吻合较好。其结论对蜂窝夹芯结构的理论研究与选型设计都有重要指导意义。     

新型零泊松比类蜂窝结构面内非线性刚度研究

几何非线性刚度研究对变形飞行器结构大变形的应用具有重要意义。为研究具有正弦波纹壁的零泊松比类蜂窝结构面内大变形时的非线性力学行为,基于非线性梁理论,考虑几何非线性建立了大变形下的非线性力学模型。利用有限元仿真验证了理论分析方法的正确性,通过参数分析讨论了几何参数对等效应力-应变曲线的影响。结果表明,随着应变的增加,结构的几何非线性造成结构的等效拉伸刚度增大;应力-应变曲线受波纹度、蜂窝角、厚度比的影响较大,受高度比影响不明显。     

夹芯复合材料箱形导梁的挠度分析

为了分析夹芯复合材料箱形导梁的挠度,采用理论和数值分析相结合的方法,计算了夹芯复合材料箱形导梁的挠度。将夹芯复合材料箱形导梁等效为等刚度等跨度的各向同性箱形梁,应用初等梁理论计算了考虑剪切变形的箱形导梁挠度。建立了夹芯复合材料箱形导梁的有限元模型,得到了夹芯复合材料箱形导梁挠度的数值解。解析解与数值解吻合良好,说明了夹芯复合材料箱形导梁挠度计算的正确性。     

横向冲击载荷下泡沫铝夹芯双圆管的吸能研究

采用数值模拟的方法研究了在横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管结构的变形模态与吸能性能。分析了泡沫铝夹芯双圆管结构的几何参数、芯层材料的相对密度与冲击速度对其力学行为的影响。结果表明：冲击初始时刻,夹芯双圆管的冲击端由于塑性变形而吸收了大部分能量,之后主要依靠左右两端的弯曲变形来吸收能量;横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能随着外管直径与内管壁厚的增加或者泡沫铝芯层厚度的增加而增加;而随着外管壁厚与内管直径的增加,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能减小;冲击速度小于30 m/s时,夹芯双圆管呈上下、左右对称的变形模态;大于此速度时,呈左右对称的变形模态,夹芯双圆管的比吸能随着冲击速度的增大而增大;芯层材料的相对密度越大,夹芯双圆管结构的比吸能也越大。     

聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲作用

高速冲击时弹内芯片易损坏而失效,需缓冲保护,而有限的弹内空间对缓冲提出更高要求。本文探讨了有限空间（4 mm厚）中聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击下弹内芯片缓冲效果。用有限元探究胞元参数对蜂窝铝压缩性能的影响,优化了参数组合;测试了3D打印+熔模铸造制备的蜂窝铝力学性能;用有限元研究聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲性能。结果表明：蜂窝铝强度与吸能随壁厚增加而增加,随边长增加而降低;熔模铸造附铸铝合金的本构模型可较好地预测熔模铸造态蜂窝铝的压缩变形及吸能;与聚氨酯相比,聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击时弹内芯片的缓冲效果更好,最高提升49%。研究结果有利于发展新的弹内电子器件缓冲方法。     

PBX部件机械加工过程中的夹持变形预测

高聚物粘结炸药(PBX)部件机械加工过程中的夹持变形直接影响着炸药部件的加工质量。利用既定的基于修正时间硬化理论的蠕变模型,模拟不同结构PBX部件在不同夹持力下的夹持变形。球壳在真空吸附下型面上各点的变形量随纬度增加而增加,方向与径向呈一定夹角;三爪卡盘夹持PBX部件时,最大变形和最大应力都出现在与卡盘爪子接触的区域,且内型面变形量较外型面略小。与千分尺测PBX空心半球真空吸附下顶点变形的试验数据比较,模型在前20min内具有较高的准确性和可靠性,之后仿真结果大于试验数据,60min内最大误差不超过10%。     

复合材料面层-泡沫金属夹芯板的振动及吸能特性分析

在冲击载荷作用下,泡沫金属夹芯板沿厚度方向存在不可忽略的压缩和剪切变形,故经典层合板理论不适用于这类夹芯结构的分析,必须考虑芯层的横向压缩和剪切变形。利用高阶理论考虑芯层的横向剪切和正应变,应用Kirchhoff理论分析上下面层。采用哈密尔顿方程和加权伽辽金法获得夹芯结构振动方程;根据振动方程,边界条件和初始条件,利用4阶Runge-Kutta法,在冲击载荷作用下,求出复合材料面层-泡沫金属夹芯板在弹性变形阶段的横向动态位移,同时求出夹芯板的固有频率并与有限元计算结果进行比较,二者吻合很好。讨论不同复合材料面层铺设角、阻尼比及芯层厚度参数对夹芯结构振动特性的影响,结果表明：改变复合材料面层铺设角及芯层厚度,可改变夹芯结构的整体刚度,进而影响结构的振动特性;阻尼耗散结构能量,可加速结构振动的衰减。通过分析复合材料面层-泡沫金属夹芯板的能量吸收特性,得出了由于泡沫芯层承受横向压缩和剪切变形而具有良好吸能特性的结论。     

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用，采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样，进行单轴面内压缩力学实验，在平台段出现了周期压溃卸载现象，这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征；结合数字摄像机和扫描电子显微镜，分析结构变形模式与断口破坏机理；基于参数化有限元数值分析，研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明：SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高，力学性能差异小；钛合金蜂窝结构面内受压时，结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载；破坏处断口可观察到明显的韧窝，呈现明显的塑性破坏形貌；壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度，降低最小弯曲半径，从而显著改善压溃卸载现象，提升结构承载稳定性。     

冷径向锻造身管壁厚方向变形不均匀性研究

为分析冷径向锻造身管壁厚方向变形的不均匀性,通过有限元软件、力学拉伸试验和织构研究了身管壁厚方向的变形场、力学性能和织构组分。研究结果表明：身管成形过程中,外表层和中间层材料存在较大剪切应力,受剪切应力的影响,身管壁厚方向各层材料流动速度不一致,引起身管锻造变形不均匀;受变形不均匀的影响,在身管中间层和外表层材料形成剪切织构({112}111, {110}001）,导致锻后身管壁厚方向轴向强度性能存在明显差异,表现为外表层和中间层强度较低,内表层强度较高。为对锻后身管壁厚方向变形不均匀性进行控制,通过控制变量法分析了锻造比、尾端压强、轴向进给速度、锤头锻打频率和锤头角度对身管中间层剪切应力分布的影响规律。分析结果表明：选用较高的轴向进给速度和较小的锤头入口角可以降低成形身管壁厚方向的变形不均匀性。     

孔口倾斜角对合成射流控制翼型流动分离的影响

通过商用计算流体力学软件Fluent 6.1求解Reynolds平均Navier- Stokes方程,研究了孔口倾斜角对合成射流激励器处于NACA0015翼型回流区时（20°攻角）控制分离剪切层的影响。结果表明：在孔口倾斜角为309时,即吹气方向顺流向贴近壁面时,合成射流激励器控制翼型背风区分离剪切层的能力增加,合成射流对翼型的控制达到最佳效果;升力系数较垂直射流控制时增加5%,而阻力系数降低15%．通过对翼型气动力特性、脱落漩涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析,揭示了小的孔口倾斜角下控制效果提升的内在机制。     

球缺形药型罩二维拉氏速度试验及相应理论研究

文中应用二维拉氏速度光学测量技术,测得两种球缺形药型罩在炸药驱动下内壁给定位置的运动参数变化历程,包括速度和台劳角变化历程,并得出其极限速度、特征加速时间和极限台劳角。比较了壁厚对运动参数的影响,分析了常用极限速度计算方法,讨论并修正了计算结果偏大的问题。     

大气-海雾多层环境下的天空偏振模式

为研究复杂海洋环境下天空偏振模式分布情况,针对大气-海雾复杂海洋环境,研究垂直方向上大气-海雾多层介质的天空偏振分布模式。利用简化的大气、海雾双层结构模拟复杂海洋情况,分别采用Rayleigh及Mie散射方法求得大气、海雾均匀介质层的散射系数,采用基于矢量辐射传输方程的倍加累加方法计算两层介质间的辐射传输,得到全天空偏振分布情况,以太阳子午线上海雾层下行辐射为重点研究地面观测到的偏振特性变化趋势。研究结果表明：在太阳位置处可得到偏振度（DOP）的最小值,在太阳高度角与观测高度角夹角为90°时可得到DOP最大值;随着能见度下降,DOP逐渐增加,且观测高度角大于90°时DOP增大效果明显;对于可见光典型波长,当波长增大时DOP逐渐减小,且随着能见度的减小,波长对偏振特性的影响越来越小。     

多弹丸时空散布参数测试方法仿真研究

针对高射速武器多弹丸同时着靶时立靶密集度无法测量的情况,提出一种基于双CCD靶面的多弹丸时空散布参数测试方法。两个CCD靶面在竖直方向上互成一定角度,当多发弹丸同时到达靶面Ⅰ时,非水平方向上的并行弹丸由于飞行距离不同而在靶面Ⅱ中的成像时间分离,水平方向上的并行弹丸按照两个线阵CCD相机上弹丸成像像素位置顺序匹配原则进行像素配对而消除虚假目标的影响。通过双靶面对多弹丸的坐标投影和时空匹配,解算出带弹序的多弹丸着靶坐标、飞行速度。经仿真验证,测试方法能够有效解决多弹丸齐至而单个CCD靶面无法剔除假目标的问题。     

密度跃层中潜航体激发内波的数字纹影实验研究

为了找到利用海洋内波场探潜的方法,研究了在三分层流环境中,运用数字纹影技术垂向观测潜航体在密度跃层航行所激发的内波场。实验中,弗劳德数Fr∈（0.6,4.0）,观测到潜航体激发的内波场呈“>”型类凯尔文波,开口方向与航行方向相反,波峰线略呈弧形,张角逐渐增大。实验结果表明：偏移航行线距离相同时,相邻波峰线之间的间隔,即拖曳方向波长λ_x与Fr呈正比;偏移航行线距离不同时,λ_x没有明显差异。为定量刻画“>”型内波场波峰线的弧形特征,着重在实验图像中央与边缘区域测量了波峰线的切线与航行线的航切角,测量结果表明：张角随着偏移航行线距离增大而增大;偏移航行线距离一定时,“>”型内波波峰线的张角随Fr增大而减小,顺下游方向张角随流向距离增大而减小。研究结果表明：数字纹影技术垂向观测是测量潜航体激发三维内波场目标特征的一种高效率和无干扰全场测量技术。     

SiCp/Al功能梯度复合材料的压缩性能研究

采用粉末冶金法制备碳化硅颗粒增强铝基功能梯度复合材料,用扫描电子显微镜观察微观组织形貌,测试抗压强度,对其压缩性能进行分析。研究结果表明,当压力达到85 kN时,SiCp/Al功能梯度复合材料压缩试样的表面出现明显的宏观剪切裂纹,裂纹方向与垂直方向成45°。用有限元方法分析其压缩性能,计算结果与实验结果基本吻合。     

装配误差对螺旋锥齿轮接触轨迹的影响

通过螺旋锥齿轮接触轨迹物理验证,研究了装配误差对接触轨迹的影响,探索装配误差与接触轨迹理论中心及侧隙关系的变化规律.结果表明:随着装配误差逐步减小,齿轮的接触区位置逐渐接近理论位置,当装配误差反方向增大时,接触区的位置变化更加明显.     

固定翼无人机多工况聚类及工况匹配

固定翼无人机（UAV）执行任务全程可分为多个工况,对UAV进行工况分析是故障诊断的前提。基于UAV操控原理,选取横向、纵向、速度控制回路的9个状态变量（升降舵偏角、左副翼舵偏角、右副翼舵偏角3个执行器输出数据以及航向角、俯仰角、倾斜角、高度、空速、缸温6个传感器输出数据）表征UAV实时工作状态。根据UAV数据特征提出共享近邻改进的密度聚类（SNN-DBSCAN^*）算法,用于划分UAV工况。结合数据剪切率、满意曲线概念得到适合SNN-DBSCAN^*算法的拐点启发式参数优化方法。提出独立成分分析与支持向量机（ICA-SVM）融合算法用于在线工况匹配,其中独立成分分析（ICA）算法旨在对UAV各变量数据进行特征提取和重构,以提高匹配模型的抗干扰能力。UAV实飞数据结果表明：SNN-DBSCAN^*算法可在不增加先验知识基础上合理地划分UAV工况,ICA-SVM匹配模型可以获得满意的工况匹配准确率,且对UAV的变量偏差有较好的抵御能力。     

磁阻传感器测量旋转弹滚转姿态的原理分析

针对用磁阻传感器测量旋转弹滚转姿态的问题,提出了磁阻传感器滚转角及磁阻传感器滚转角速率的概念,给出了磁阻传感器测量方程和磁阻传感器滚转角速率的测量方程.经过理论推导给出了弹体滚转角速率与磁阻传感器滚转角速率的关系式,分析结果表明弹体滚转角速率与磁阻传感器滚转角速率之间的测量误差受弹丸俯仰姿态、偏航姿态和射向的影响.数值仿真表明,弹丸滚转角速率的地磁测量方法在一定条件下是可行的,但在工程实际应用中难以保证滚转角的精确测量.