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。     

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。     

空降自行火炮着陆过程平衡肘等效疲劳寿命分析

某空降型自行火炮着陆过程有车体姿态倾斜履带轮率先着地情况的发生,为了确定这样一次着陆冲击过程对履带系统关键部件平衡肘的损伤影响程度,建立了整炮的虚拟样机模型,通过对整炮虚拟样机模型进行空投着陆仿真以及同等路面行驶仿真,分别得到平衡肘上的动载荷谱。建立了平衡肘的有限元模型,对于着陆冲击时载荷较大的工况,采用应变疲劳分析方法ε－N进行疲劳寿命分析,对于行驶时载荷较小的工况,采用应力疲劳分析方法 S－N进行疲劳寿命分析,通过对两种工况下平衡肘的疲劳寿命对比,计算得到这样一次着陆冲击对平衡肘的损伤影响相当于火炮在同等路面上行驶了936 km。计算结果可为火炮的可靠性评估提供依据。     

储运发射箱空投安全性研究

为了研究多联装储运发射箱空投安全性,建立了装备着陆冲击有限元模型,借助显式非线性动态方法,进行冲击动力学分析,获得了发射箱在正常和极限两种工况下的响应特性.根据安全性指标,对箱架和不同位置定向管的应力,以及火箭弹垂直冲击加速度和轴向力等进行讨论.结果表明,发射箱在采取缓冲减振措施下,空投安全性能够得到保证,方案可行.研究成果能够为发射箱结构设计及改进、空投缓冲包装和高成本的空投/跌落试验提供依据和指导.     

车载炮重装空投着陆缓冲底盘强度分析

参照车辆动力学方法,建立某车载炮重装空投着陆缓冲动力学模型,以着陆过程中货台的位移为激励,计算出悬架在该激励下的动力学响应,并通过分析悬架行程估算出悬架强度是否满足要求。在此基础上基于控制体积法和有限元法,利用LS-DYNA瞬态动力学分析软件,建立了某车载炮空投着陆缓冲系统的仿真模型,综合考虑了气囊、悬架及可压缩结构的缓冲效应,据此分析了缓冲系统的缓冲特性和车架强度,为车载武器系统空投着陆方式设计提供了依据。     

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。     

基于气囊缓冲方式的重复使用运载火箭回收着陆仿真分析与试验验证

运载火箭重复使用是降低发射服务成本的重要技术途径之一,重复使用运载火箭会经历多次回收着陆载荷,是影响箭体结构重复使用性能的重要因素。设计了排气式气囊着陆缓冲方案,建立了运载火箭子级有限元模型,基于气囊排气及缓冲理论真实模拟了气囊排气爆破过程和气固耦合缓冲过程,通过开发二次程序完成了重复使用运载火箭子级回收软着陆瞬态动力学冲击仿真。获得了过载随竖直着陆速度和水平着陆速度变化的响应面,找到了过载指标、应力指标满足设计要求情况下的最大竖直着陆速度。以仿真结果为输入指导了重复使用运载火箭子级着陆试验,仿真结果与试验结果吻合,验证了排气式气囊着陆仿真方法和参数设置的正确性。     

超重装备空投适应性仿真与优化

为了研究超重装备的空投适应性,采用气体动力学和热力学方法对空投超重装备的气囊缓冲过程进行了分析。分析了现有气囊结构带来的缓冲末端速度过大的特点,对气囊直径、高度进行参数化研究,找到了可行的设计区域。运用优化后的气囊结构参数,计算了正常着地工况下的气囊缓冲过程,得到气囊剩余长度、货台速度、加速度以及气囊内压等特性曲线。分析表明,经优化后的气囊实现20t超重装备的空投是可行的。     

某型车载速射迫击炮空投着陆安全性研究

参照车辆动力学方法,基于ADAMS动力学分析软件,建立某型车载速射迫击炮着陆缓冲动力学模型,通过侧碰试验校核模型动力学特性的准确性。仿真结果表明车身最大过载为11.47 g,悬架在缓冲过程中存在超负荷现象。分别在全炮空载和满载弹药两种工况下进行了空投着陆稳定性仿真对比,引入缓冲系统效能分析与评估模型,对稳定性进行量化后得出两种工况下稳定性能力值分别为0.70和0.64。研究表明,某型车载速射迫击炮满足空投过载军用标准,全炮带弹空投对着陆稳定性有着较大的影响。     

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。     

某轮式空降战车模拟着地冲击试验方法研究

提出了一种空降战车模拟着地冲击试验方法.按照试验方法进行空降试验,得到了不同测点的“时间-过载”曲线.结果表明:车底甲板中心位置最大冲击加速度为17.451g,冲击时间231ms,满足试验要求,验证了该模拟试验方法可行、有效.该试验方法较实装空投具有试验条件要求低,可操作性强且环境条件易于控制,可大幅提高试验的迭代次数,节省试验费用.     

某型无人机气囊系统设计及缓冲性能测试

为实现质量为100kg某型无人机的安全着陆,防止某型无人机受到过载冲击而损伤,设计了一种新型气囊来吸收无人机着陆时的冲击过载。首先完成了气囊囊体的设计,然后通过跌落实验模拟无人机着陆的气囊缓冲过程,运用动态测试仪记录缓冲过程的过载变化。试验结果表明,所设计的气囊能够符合实现无人机的平稳着陆,缓冲过程中最大过载10g,符合设计要求。     

空投缓冲气囊有限元模型修正方法

为了提高空投缓冲气囊有限元模拟的准确性,需要对气囊有限元模型进行修正。建立了载荷-气囊系统有限元模型,通过模型参数对气囊缓冲特性的灵敏程度分析,选择气囊与地面之间的摩擦系数和气囊排气口流量系数作为待修正参数,建立了摩擦系数、流量系数与冲击响应的响应面模型,对该响应面模型采用遗传算法进行迭代修正,求解出待修正参数的最优解。通过修正前后仿真结果与试验结果的对比验证了模型修正的有效性。     

基于瞬态动力学方法的月球探测器软着陆腿着陆冲击性能分析

月球探测器着陆冲击性能是月面软着陆的关键。以月球探测器铝蜂窝缓冲软着陆腿为研究对象,基于瞬态动力学方法,对其2级铝蜂窝缓冲器进行了建模和缓冲性能验证;建立了铝蜂窝软着陆腿瞬态动力学分析模型,并进行了单条软着陆腿着陆冲击仿真分析,研究了结构响应对软着陆腿着陆冲击性能的影响。结果表明:该瞬态动力学分析模型的缓冲器能量吸收、缓冲行程和探测器机体加速度响应峰值等分析结果与实验符合较好;2级蜂窝缓冲软着陆腿着陆过程中,当第2级蜂窝开始压缩时探测器机体加速度响应最大;软着陆腿结构柔性变形及储能导致了软着陆腿着陆性能恶化。     

空投 UUV 入水冲击仿真研究

空投布放的水下航行器在入水冲击初期会遭受巨大的冲击载荷,可能对壳体结构和携带的仪器设备造成很大的危害。掌握 UUV 在不同工况入水时所受冲击力的情况,对研究空投 UUV 壳体强度设计和安全入水方法都有着非常重要的作用。建立了 UUV 入水有限元仿真模型,并利用 ANSYS ／LS-DYNA 对 UUV 在多种工况下入水时所受冲击力的情况进行计算。最后通过分析仿真结果数据得到几点有益的结论,为空投 UUV 安全入水提供有价值的参考。     

基于非线性有限元的某车辆板簧系统失效分析

某轮式装甲车辆板簧系统在实际工况下经常出现裂纹、断裂等失效情况,从而影响车辆整体可靠性。板簧系统结构复杂、实际受载工况恶劣,属于典型的高度非线性问题。基于板簧材料力学性能试验、非线性有限元方法,建立板簧系统非线性有限元模型,综合考虑板簧系统真实受载过程,采用动静态耦合的方法解决了模型计算难以收敛的问题,获得了板簧系统工作过程应力分布状态,通过试验测试,验证了仿真模型的精度。计算结果表明,板簧应变计算与实测值最大误差为8.7%,板簧应力最大区域与实际裂纹及断裂位置相同;应力最大区域应力值超过材料屈服极限,产生塑性变形,是该板簧失效的主要原因。通过计算可为板簧的后续改进提供支撑依据。     

空投武器设备气囊缓冲过程的数值模拟

利用LS-DYNA3D程序模拟计算空投设备的气囊式缓冲装置的整个工作过程,计算结果可以用于协助设计气囊式缓冲装置,减少实验的次数和成本。     

履带式车辆通过性能仿真及乘员安全分析

根据某款履带式车辆具体的结构参数,通过动力学仿真软件RecurDyn构建多刚体动力学模型。对履带式车辆在越壕沟、攀垂直壁与爬坡路面工况下进行仿真分析。针对车辆行驶时驱动轮转速与路面类型的差异,研究履带式车辆在3种路况下转速与路面对通过性能的影响。基于乘员安全问题,利用MADYMO软件建立履带式车辆驾驶员冲击模型,并对模型在各路况最大冲击加速度作用下进行人体损伤分析。结果表明:该款履带式车辆在3种路面工况下的通过能力良好;在不同转速与路面类型下行驶时,车辆的通过性能有明显差异,且存在一定的规律变化;在最大冲击加速度的作用下,驾驶员人体胸部加速度、头部伤害指数等安全性能指标均在FMVSS相关标准的规定范围之内。     

某特种车辆主体结构有限元接触问题的一种分析方法

对某特种车辆主体结构进行刚度和强度特性的有限元分析,车体上部的旋转塔可以绕其座圈转动,和车体的约束关系比较特殊,属于传统的大型非线性接触问题,这将耗费大量的计算机时。为解决这一问题,尝试使用耦合自由度法代替传统大型接触问题的求解方法,以模拟车体和旋塔之间的滚珠特性及其约束关系,从而将车体和旋塔作为一个系统,较真实模拟此特种车辆的整车结构强度特性。此车辆受到的载荷工况包括旋塔分别受到火炮向前和向后不同角度的后坐冲击,以及路面障碍所产生的最大10g加速度的整车振动冲击。根据分析结果得出结论：结构静强度是满足要求的,为车体减轻质量设计提供了理论依据;该求解方法是有效的,同样可应用到其它类似大型结构的接触问题分析。     

重载车辆进气中冷管振动特性及设计改进

某重载车辆的进气系统由左右两侧进气中冷钢管以及中冷器组成,在车辆交付使用过程中发现左侧进气中冷管常发生失效现象,右侧则未发生过失效。为考察中冷钢管的失效原因,对两侧管路的振动情况进行试验,分别在车辆原地取力和行驶工况下收集了进气系统不同测点的振动加速度数据。通过分析试验数据发现：左侧管路在车辆原地取力、发动机1 700 r/min工况下会发生共振,右侧管路受到发动机的激振加速度相比左侧管路更大;在0～200 Hz内左右两侧管路振动的主频成分相差不大,对左侧中冷钢管进行频响计算发现共振频率主要发生在138 Hz,该频率下钢管根部的最大应力为74.2 MPa。通过对比左右两侧中冷管设计参数,对左侧进气中冷管的结构进行设计改进,并对改进后的结构再次进行仿真计算和试验。研究结果表明,该改进结构成功避开了激振的主频成分,同时也有效改善了不同工况下的管路振动情况。