大展弦比机翼屈曲及后屈曲分析

针对某大展弦比复合材料无人机机翼结构,利用有限元素法进行机翼结构的屈曲及后屈曲分析.首先采用MSC.Patran/Nastran软件进行结构屈曲分析,目的是确定机翼结构易发生屈曲的区域;然后对不同区域进行分析,确定需要进行后屈曲分析的细节模型.对细节模型进行后屈曲分析时采用MSC.Patran/Marc软件,分析方法采用弧长法.通过机翼结构的后屈曲分析,可以分析出结构的失稳路径.结果表明,该机翼存在屈曲失稳问题.该机翼的地面静力试验结果验证分析结果的可信性.     

复杂多边形蜂窝结构等效弯曲刚度研究

研究了一种复杂多边形蜂窝结构的等效弯曲刚度。将蜂窝结构简化为正交异性薄板,首先计算薄板在均布弯矩载荷下的变形能,同时利用载荷平衡条件计算蜂窝各胞壁变形能之和,然后利用能量等效原理得到蜂窝结构等效弯曲刚度的解析表达式。蜂窝结构等效弯曲刚度随胞壁夹角及长度的变化非常明显,两正交方向的耦合弯曲刚度会随着胞壁夹角及长度的变化出现反转,等效弯曲刚度的绝对值会随着胞壁高度及厚度的增大而增大。最后利用有限元分析结果反推了蜂窝结构的等效弯曲刚度,验证了理论分析方法的正确性。     

梯度屈曲诱导蜂窝结构的面外压溃性能研究

在传统蜂窝结构中引入几何诱导构型呈梯度变化的模式，得到一种新型梯度屈曲诱导蜂窝结构。利用数值模拟方法，研究梯度屈曲诱导蜂窝结构的准静态面外压溃性能。结果表明，屈曲诱导蜂窝结构的变形模式受诱导参数的梯度变化控制，通过诱导层段稳定性参数和形状参数的梯度设置，可以调控发生局部屈曲的位置和次序。梯度诱导构型的设计能够有效降低蜂窝结构的初始峰值载荷。随着稳定性参数梯度变化指数和形状参数梯度变化指数的增大，单位质量能量吸收和平均压溃载荷逐渐减小，蜂窝结构的压溃耗能过程变得更平稳。     

超弹性蒙皮蜂窝芯的设计及等效模量研究

可变形机翼的蒙皮需要有很高的各向异性,在特定方向具有较低的弹性模量而在其他方向具有较高的气动承载能力,为此设计了一种柔韧性较好、特定方向模量低且承载能力较强的新型超弹性蒙皮结构,对其蜂窝芯单元的力学性能进行了理论计算和有限元分析,并对不同几何参数单个蜂窝芯单元体和多个蜂窝芯单元体进行了轴向刚度测定试验,最后通过理论仿真和试验的对比分析,得到了该超弹性蒙皮蜂窝芯结构轴向刚度的等效模量近似工程计算公式。
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基于遗传算法的蒙皮蜂窝芯结构参数优化与选型分析

以可变体飞行器蒙皮结构设计中的蜂窝芯结构为研究对象,基于Gibson公式及Euler梁理论,在满足机翼实现连续变体的气动特性前提下,建立柔性蜂窝芯结构的参数优化模型。借助遗传算法对特定蜂窝芯单元选型参数进行多目标优化设计,得到了不同蜂窝芯结构的选型参数对面内变形能力的影响规律。根据不同蜂窝芯结构的面内变形性能,进行蒙皮蜂窝芯结构的选型分析,为可变形蒙皮蜂窝芯结构的选型提供了一些参考。     

基于多折叠单元理论的蜂窝纸板面外压缩数值模拟

通过原纸拉伸试验获取蜂窝纸板的材料参数，建立蜂窝纸板的有限元简化模型(Y单元模型),采用有限元方法对该模型进行准静态加速压缩模拟，并与蜂窝纸板的面外准静态压缩试验结果进行对比；采用该模拟方法研究蜂窝孔边长、纸板厚度和胞壁厚度对Y单元折叠模式的影响。结果表明：Y单元模型经准静态加速压缩模拟得到的形貌与试验结果相吻合，压缩应力-应变曲线中平台应力的模拟结果与试验结果的相对误差为3.87%,验证了该模型的可靠性；不同规格的Y单元模型在压缩后共出现3种折叠模式，蜂窝孔边长和纸板厚度是影响Y单元折叠模式的2个关键因素。1/2蜂窝孔边长与一次折叠褶皱波长的比值会影响Y单元的一次折叠模式，而双层胞壁与单层胞壁的厚度差是导致多折叠模式发生的主要原因。     

胞元模型在骨组织建模中的应用及评价

针对去软组织骨生物力学建模问题,采用有限元仿真手段通过股骨CT体数据集三维几何重建、网格划分、股骨表观密度计算、有限元单元横观各项同性力学模型建立、力学参数确定等几个步骤实现对股骨的力学建模和解算。其中,最关键的工作是力学参数确定,尤其是弹性模量和表观密度关系式的建立。依据胞元理论建立了弹性模量和表观密度的分段函数关系,最终获得股骨力学模型并通过仿真计算得到载荷-轴向应变和载荷-横向应变数据。同时,也基于弹性模量和表观密度经验关系式建立力学模型并进行分析计算提取仿真结果,通过实施生物力学试验提取试验结果,将两种仿真结果与试验结果对比得出:同一块猪股骨,在相同力学环境下,胞元理论力学模型与试验结果轴向应变误差为25.92,横向应变误差为10.04,两种误差均小于经验公式力学模型仿真结果误差,因此,胞元理论力学模型在股骨建模中表现出模型更精确、适用范围更广泛的优势。     

轻质点阵结构的参数化建模及力学性能研究

针对点阵材料结构设计困难的问题,建立了由长方体空间衍生的胞元结构数学模型,并构建了胞元结构和试件的参数化模型及力学性能研究系统。对5种典型胞元构成的试件通过改变胞元尺寸大小及数量或支柱截面半径,使其具有相同几何形状、外形尺寸以及质量;采用有限元法分析试件分别受到拉伸/压缩、弯曲、扭转载荷及模态的力学性能。通过研究得到胞元结构试件力学性能的数据,提出在各种载荷下点阵材料的设计方法,并通过实例验证该方法的正确性及可靠性。     

胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响

铝蜂窝是一种多孔材料,具有良好的吸能特性,广泛应用于航天领域和轨道交通领域。六边形铝蜂窝的吸能特性受胞元边长l、胞元壁厚t及扩展角α的影响;加强正六边形铝蜂窝的吸能特性与正六边形铝蜂窝不同。通过对不同胞元参数的正六边形铝蜂窝吸能特性进行理论计算,用Hypermesh对正六边形和加强正六边形蜂窝结构进行准静态压缩仿真分析,得到其平均应力和比吸能。结果表明:正六边形和加强正六边形铝蜂窝的平均应力和比吸能随蜂窝胞元边长的增大而减小,随壁厚的增大而增大;相同胞元参数下,加强正六边形蜂窝的平均应力及体积比吸能高于正六边形蜂窝,但是质量比吸能小于正六边形蜂窝。     

蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析

考虑蜂窝铝结构细部特征,建立了基于壳单元的有限元模型,利用壳单元模型研究了蜂窝铝的异面压缩特性,验证了蜂窝铝壳单元模型的有效性。利用PAM-CRASH材料库中的41号材料建立蜂窝铝实体有限元模型,由壳单元模型推导计算材料本构关系中的各项参数。对蜂窝铝实体单元模型进行分析,通过将壳单元与实体单元模型进行对比,获得了应力-应变曲线和能量吸收曲线,发现可以利用实体单元模型替代壳单元模型,进行蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析。仿真计算结果表明,相较于考虑蜂窝铝结构细部特征的壳单元模型,蜂窝铝实体单元模型计算规模更小,能够大幅缩短计算时间,提高计算效率。