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。     

复杂多边形蜂窝夹芯面内等效剪切模量研究

针对一种复杂的多边形蜂窝夹芯,将蜂窝胞壁简化为梁,主要考虑弯矩对胞壁变形的影响,利用虚功原理计算蜂窝胞元在剪切载荷作用下的变形,推导出蜂窝夹芯面内等效剪切模量的解析表达式。可知:在胞元尺寸不变的条件下,蜂窝夹芯面内等效剪切模量随胞元长斜边与垂直方向夹角的增大而增大,随胞元短斜边与垂直方向夹角的增大而减小。最后建立蜂窝胞元的有限元模型进行数值分析,数值分析结果与理论分析结果误差在2%以内,证明了理论分析方法的正确性。     

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。     

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。     

重载轮胎面内刚柔耦合动力学建模及振动传递特性分析

针对重载子午轮胎扁平率接近1的特点,建立面内刚柔耦合模型并开展振动分析方法研究。提出重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法;考虑胎侧的惯性力和分段刚度,建立重载轮胎面内弹性基础柔性梁动力学模型;利用有限差分法,将面内耦合动力学方程离散化,建立基于轮胎几何、结构参数的三参数等效刚度重载轮胎面内刚柔耦合模型;基于试验和解析模态共振频率,利用遗传算法对重载轮胎结构参数辨识,建立重载轮胎面内刚柔耦合模型的传递函数解析模型。数值分析和试验验证结果表明：在0~300 Hz频率范围内,面内刚柔耦合模型可准确表征重载轮胎面内胎体和胎侧的耦合振动模态与传递特性;该建模与试验分析方法可将重载轮胎的分析频率由0~180 Hz扩展至300 Hz.     

基于均匀化理论的多孔材料细观力学特性数值研究

根据弹性均匀化理论,并结合有限元方法推导出适用于二维周期结构的均匀化有限元格式,计算出不同相对密度下的正方形孔洞材料的等效弹性参数,以及等效弹性参数与胞元绕坐标系旋转角度的函数关系,考察了胞壁固体相的力学性能参数对宏观力学性能的影响。并将数值计算结果与已有的理论公式进行了比较和分析。结果表明,正方形孔洞材料是各向异性的,其等效弹性参数主要由结构的相对密度来确定,对基体材料的泊松比的变化并不敏感。在相对密度较小的情况下,Gibson公式和Kim公式与均匀化有限元结果吻合较好;当结构相对密度较大时,理论公式结果必须被有限元结果所修正。     

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。     

局部冲击下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为与吸能机理

由于复合材料夹芯结构在局部冲击作用下会产生多种破坏模式,降低结构的承载能力,建立基于物理机制的失效分析方法和损伤模型,研究局部冲击作用下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为,并与试验结果进行对比分析。结果表明,随着冲击能量的改变,冲击力、下面板中心位移均会呈现出不同的变化趋势。进一步研究了不同能量下多次冲击的结构响应。研究表明,芯材的抗冲击能力较弱,下面板承受了较多次冲击,且随着冲击能量的增加,重复冲击的破坏次数大大降低。     

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。     

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。     

基于频响函数灵敏度分析的鱼雷模型有限元模型修正

引入试验和有限元模型的频响函数形状和幅值相关系数,推导了频响函数相关系数的灵敏度分析方程,建立了鱼雷模型的结构有限元模型,利用少量试验数据,对初始有限元模型的壳体厚度、弹性模量等参数进行修正,修正后的频响函数相关系数明显提高。鱼雷模型的模态试验结果表明,有限元模型修正后的固有频率计算与试验结果的相对误差小于1.5%,为鱼雷模型振动传递、水下声辐射预报的准确性奠定了基础。     

基于有限元仿真的土壤压力沉陷模型建立与分析

针对土壤本构模型的多样性,利用有限元计算方法,对土壤压力沉陷进行建模与分析。根据有限元计算 方法在分析土壤力学中的应用,通过对不同土壤力学参数下得到的压力沉陷结果进行拟合,得出土壤压力沉陷特性 曲线,分析了土壤参数弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力对双指数模型参数的影响,给出了一种土壤压力沉陷 双指数模型。试验结果表明,采用双指数模型对湿黏土压力沉陷关系进行拟合是可行的。该方法对研究土壤压力沉 陷模型建立与分析具有参考价值。     

电火花磨削加工蜂窝环的热物性参数研究及表面温度场仿真分析

基于GH536高温合金材料的性能特点,通过试验利用数值模拟方法得到了GH536高温合金的热物性参数随温度变化的非线性规律,并利用ABAQUS软件对电火花磨削加工蜂窝环时温度场分布进行了有限元模拟,分析了温度场分布对蜂窝环表面加工质量的影响。试验结果表明：利用有限元分析对电火花磨削蜂窝环时温度场的分布规律进行模拟是可行的,且模拟过程准确、迅速,适用于电火花磨削薄壁类零件的工艺过程的优化,更为精确计算电火花磨削过程中产生的热应力、残余应力等提供了理论依据。     

基于纤维拔出理论的复合材料力学性能的研究

在纤维拔出理论基础上,采用有限元软件建立微元平面分析模型,模拟研究了试样沿纤维方向与沿垂直纤维方向拉伸破坏的过程,探讨了试件在两种工况下的破坏机理。在此基础上,结合以弹性力学为基础推导而成的力学参数公式,得到试件的弹性力学参数,并应用模态分析方法,证明了所得试件弹性力学参数的正确性。在试件沿纤维方向拉伸的工况下,通过改变纤维半径与树脂厚度,继而改变纤维体积分数,探讨了试件破坏应力、弹性模量与泊松比随玻璃纤维体积分数变化规律。     

某空间光谱仪高稳定性光机结构设计

针对某空间傅里叶变换光谱仪部组件数量多、资源紧张、高稳定性需求等难题,提出了双层集成式结构构型方案,解决了光谱仪空间布局尺寸超出要求和主体结构稳定性差的问题.介绍了空间傅里叶变换光谱仪工作原理、光学组成、光机主体结构设计难点和解决方案、双层集成式结构的设计方法和优点、以及对整机力学稳定性至关重要的组件--碳纤维铝蜂窝复合材料板的详细设计方法.建立了碳纤维铝蜂窝复合材料板和光谱仪的有限元模型,通过计算验证了星载傅里叶变换光谱仪双层集成结构的可靠性.对比光谱仪的正弦试验结果和有限元分析结果,证明设计和分析的正确性.     

基于薄层单元模型的弹体与引信系统螺纹连接参数确定方法

螺纹连接是侵彻弹体与引信体连接的主要形式之一,直接影响着弹体与引信系统振动响应特性.针对现有数值仿真手段难以准确表征螺纹连接的问题,提出用薄层单元模拟螺纹连接的有效方案,结合理论与试验研究建立薄层单元材料参数的确定方法.基于螺纹连接弹性模型与薄层单元理论推导出薄层单元的材料参数;将薄层单元材料参数传递到有限元模型中进行...     

基于三维梁理论的电磁轨道炮复合身管抗弯性能分析

基于复合材料的三维厚壁梁理论,考虑梁的三维应变、挠曲等效应,建立了圆形电磁轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的等效抗弯刚度计算模型。采用组合梁的等效抗弯刚度计算法,对纤维缠绕的轨道炮身管的整体抗弯刚度进行了分析,并与层合板理论法、有限元法做了对比。结果显示,3种计算方法在缠绕角度较大时,计算结果一致性较好。分析了纤维缠绕角度的变化、不同径向位置的碳纤维缠绕角度变化以及不同内膛绝缘材料对身管轴向抗弯刚度的影响。研究结果表明：身管的轴向抗弯刚度在缠绕角度较小时,随着缠绕角度的增大,呈明显的下降趋势,并且其受内层碳纤维的缠绕角度影响要比外层碳纤维的要大;高密度、高弹性模量的内膛绝缘材料并不一定就能提高身管的轴向抗弯刚度。     

重复使用运载器再入动力学建模研究

通过对重复使用运载器再入动力学建模技术的研究,提出以再入飞行器导航常用的WGS-84世界大地坐标系为参考,在北天东坐标系建立飞行器再入质心动力学方程和描述飞行姿态的建模方法,建立可兼顾再入返回和高精度着陆需求的通用刚体动力学模型;借鉴运载火箭与导弹等弹性飞行器动力学模型的应用经验,提出混合坐标法,首先用准坐标系描述飞行器等效刚体的刚性平动和转动,然后用有限元理论描述弹性飞行器相对于等效刚体的复杂弹性振动,最后利用弹性变形引起的附加攻角和侧滑角产生的附加力和力矩体现刚体和弹性振动耦合的刚弹耦合动力学模型建模方法,并基于再入通用刚体动力学模型建立适用于面对称重复使用运载器的再入刚弹耦合动力学模型。结果表明:建立的重复使用运载器再入动力学模型充分考虑了地球椭球体和自转的影响,模型物理意义明确,工程实用性强。