民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler, ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明：ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。     

斜支承弹簧系统跌落冲击响应及影响因素分析

以斜支承弹簧系统为研究对象,建立了跌落冲击条件下系统无量纲非线性动力学方程。利用龙格-库塔数值分析方法求解动力学方程,讨论了无量纲跌落冲击速度、系统支承角及阻尼等对系统响应的影响。研究表明,随着无量纲跌落冲击速度的增加,系统位移响应峰值和加速度响应峰值增加;随着支承角的减小,位移响应峰值增大,加速度响应峰值减小;阻尼对系统响应影响显著,对系统加速度峰值影响存在最佳阻尼比,最佳阻尼比随系统支承角减小而减小。通过适当地选取阻尼比及支承角可有效地改善系统的抗冲击能力。     

飞船返回舱水上回收的冲击响应和入水姿态分析

飞船返回舱在入水的初始阶段遭受较大的冲击载荷,严重影响返回舱的结构安全和内部人员安全。基于NASA的试验模型,运用LS-DYNA软件中流固耦合算法对返回舱的入水过程进行了数值模拟。分别讨论了垂直入水和带有水平速度入水情况下返回舱的动力学响应,计算得到的加速度最大值与NASA的试验数据吻合。在此基础上,分析了返回舱以不同入水倾角,不同质量和不同入水姿态情况下的结构响应,发现入水倾角和质量越大,返回舱的加速度值越小。在考察不同姿态入水的情况中,正向倾斜入水时加速度最大值比负向倾斜小;质心在下的加速度最大值比质心在上的大。负向倾斜质心在下的情况,返回舱入水后姿态稳定性更好。     

弹性结构入水砰击载荷特性三维数值模拟研究

依据双渐进法建立研究弹性结构入水砰击过程中弹性效应的数值方法。在弹性结构入水瞬态砰击过程中,自由液面速度势满足自由液面的非线性条件,并通过考虑结构运动非线性的伯努利方程将流体域控制方程与结构弹性动力响应方程耦合求解,计算结果与试验结果进行了比较分析。结果分析表明,流固耦合效应对弹性结构入水砰击载荷及结构弹性动力响应影响不可忽略。圆柱体倾斜入水过程中水平、垂向合力在头部入水和尾部入水时刻出现两个峰值;入水角度对船舶入水砰击安全性至关重要。     

跌落工况下斜支承系统易损件的冲击特性

目的基于斜支承系统双自由度模型,研究系统易损件的跌落冲击特性。方法针对系统无量纲跌落冲击动力学方程,用龙格-库塔数值分析法获得易损件跌落冲击动力学响应,探讨系统支承角、频率比、跌落冲击初始速度、阻尼比等对易损件位移及加速度响应的影响规律。结果通过对易损件位移、加速度响应最值影响因素的分析表明,减小支承角可增加易损件位移响应最值,降低其加速度响应最值,延长响应周期;随着频率比的增加,易损件位移和加速度响应的最值减小;随着初始速度的增加,易损件位移、加速度响应最值上升明显;对于加速度响应最值,系统阻尼比存在最佳值。结论为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑各相关参数。     

冲击环境下电连接器接触性能研究

冲击应力是影响电连接器接触性能的主要环境因素之一。针对传统试验成本高、耗时长且难以实现某些高强度环境试验的局限性,采用仿真方法研究冲击环境下电连接器接触件接触性能参数变化规律。结合理论力学基本原理,通过ANSYS建立电连接器接触件实物模型、动力学模块模拟冲击试验,分析了试验严酷等级、冲击脉冲持续时间及峰值加速度对接触件的形变、应力和接触压力等参数的影响,并对接触压力仿真结果进行试验验证。结果表明：冲击试验过程中,接触件形变受冲击影响最大;接触性能参数随严酷等级的增加,先缓慢增大后快速增大;随脉冲持续时间的增加,先急剧下降后缓慢减小;而在峰值加速度变化时基本保持稳定。由此可知,严酷等级和脉冲持续时间对电连接器接触性能参数变化起主导作用,仿真结果可为产品设计提供一定的理论参考。     

截断式脉冲水射流冲蚀煤岩特性数值模拟

基于光滑粒子动力学和有限元法(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)耦合算法,建立了截断式脉冲水射流冲蚀煤岩的数值计算模型。通过对比数值模拟结果与相同工况下的实验结果,验证了该模型的有效性。在此基础上,探究了在截断式脉冲水射流冲击作用下,煤岩沿射流轴向的损伤演化过程,分析了煤岩围压、脉冲长度、脉冲间距及射流速度对煤岩冲蚀深度及速度的影响规律。结果表明:煤岩的冲蚀深度随着围压增大而减小;随着脉冲长度的增加,煤岩的冲蚀深度逐渐减小,冲蚀速度经历了先增大后减小的过程;脉冲间距对冲蚀深度的影响较小,煤岩的冲蚀速度随脉冲间距的增大呈现出线性减小的变化趋势;脉冲速度对冲蚀深度及速度影响较为显著,且随着脉冲速度的增加,冲蚀深度及速度整体呈增长趋势。     

半正弦脉冲激励下斜支承系统易损件冲击特性

以考虑易损件的斜支承弹簧系统为研究对象,建立系统几何非线性动力学方程,利用龙格—库塔法对易损件冲击响应特性进行数值分析。以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件在半正弦波脉冲激励作用下的响应指标,无量纲脉冲激励时间作为变量,构建易损件的冲击响应谱。通过数值分析讨论脉冲激励幅值、脉冲激励时间、系统支承角以及频率比等对易损件冲击响应的影响规律。研究表明,系统支撑角、频率比等对易损件冲击响应影响显著,增加频率比可使易损件加速度响应峰值明显降低,低频率比条件下增大质量比可抑制易损件加速度响应峰值。     

基于变分迭代法的悬挂式弹簧系统的跌落破损评价

以悬挂式弹簧系统为研究对象,应用变分迭代法求解系统跌落冲击无量纲动力学方程,得到了系统无量纲位移、加速度响应一阶近似解析解,无量刚位移响应峰值,无量纲加速度响应峰值和无量刚跌落冲击持续时间表达式,与龙格-库塔数值分析结果进行了比较。 结果表明,无量纲加速度响应曲线吻合程度较好,无量纲加速度响应峰值和无量刚跌落冲击持续时间相对误差小于 4% 和 2% 。 建立了包含系统参数、产品脆值、无量纲跌落冲击速度、系统悬挂角等多变量的跌落冲击破损评价方程。 以无量纲跌落冲击速度和系统参数为基本评价量,获得了系统跌落破损边界曲线;以无量纲跌落冲击速度、系统参数和初始悬挂角为基本评价量,获得了系统跌落破损边界曲面。 结果表明,随着系统初始悬挂角减小,系统安全性能提高,悬挂系统几何非线性特性对产品保护性能优于线性系统。 为悬挂式系统缓冲设计提供了理论依据。     

矩形脉冲激励下斜支承系统易损件的冲击特性研究

以考虑易损件的斜支承包装系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统无量纲非线性冲击动力学方程。 利用龙格-库塔数值分析方法求解冲击动力学方程,以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件的响应指标,脉冲激励时间、系统频率比作为变量,构建了易损件的三维冲击谱。 分析讨论了系统支承角、脉冲激励幅值以及质量比等对冲击响应谱的影响规律。 研究表明:随脉冲激励幅值增加,或随系统支承角减小,易损件加速度响应峰值增加且波动加剧;系统响应对低频率比较为敏感,增加频率比可抑制易损件加速度响应峰值,低频率比时增加质量比可降低易损件加速度响应峰值。 研究结果可为斜支承包装系统的设计提供理论依据。     

大型水陆两栖飞机舱段入水冲击实验研究

传统的水上飞机水载荷试验基本采用刚性缩比模型,不能计及弹性变形及缩尺比对载荷的影响。利用大型水陆两栖飞机舱段开展着水载荷试验研究,针对大型试验件开展了试验方案设计,开展不同重量状态和入水速度着水试验,分析加速度峰值的变化规律、压力的时历特性和分布特性,对比不同浸湿半宽下加速度的理论与试验值。结果表明,局部压力曲线出现了二次峰值现象;加速度峰值随着重量和入水速度的增大非线性增大;随着重量的增大,加速度峰值对应的浸湿半宽增大,速度对此影响较小;Von-Karman理论较Wagner理论更接近试验结果;着水速度越小,重力对结构入水过程影响越大。     

矩形脉冲激励下悬挂减振系统易损件冲击特性

以考虑易损件2自由度悬挂系统为研究对象,研究矩形波脉冲激励下易损件冲击响应特性。建立矩形波脉冲激励下系统无量纲动力学方程,利用4阶龙格-库塔法对易损件冲击响应进行数值分析,讨论系统悬挂角、频率比等参数对易损件位移和加速度响应的影响规律。算例分析表明,随着系统悬挂角的减少,响应周期延长,易损件加速度响应幅值减少;易损件响应对低频区域较为敏感,增加频率比,能有效抑制冲击响应幅值;随着无量纲脉冲幅值的增加,易损件冲击响应幅值增加。研究结果可为2自由度悬挂系统的设计提供理论依据。     

印制电路板在板级跌落冲击的易损度探究

目的研究标准冲击载荷下印制电路板的挠度响应以及各参数对电路板脆值的影响。方法考虑印制电路板在三角脉冲下的跌落冲击,将四边点支的电路板简化成梁的模型。将脉冲激励考虑为内在的位移,建立模型求解电路板的挠度和加速度响应,进而与电路板的本身特性比较,来考虑电路板的可靠性。结果当受到三角脉冲跌落冲击时,板的最大挠度变形和最大加速度都发生在板的中间位置附近,并且发生在中间时刻。结论为电路板在三角形脉冲下跌落冲击提供其可靠性的理论依据。     

随机近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

近场脉冲型地震动经常含有较大的加速度峰值及显著的速度脉冲效应,且表现出更明显的不确定性,可能对长周期结构造成严重的破坏。利用近场速度脉冲模型及随机地面运动模型合成了35条基于8度多遇条件下的不同类型随机波样本,按照1/20缩尺比例设计并制作了某2 MW风电塔试验模型,以上述随机地震为试验输入,对模型进行了振动台试验,研究了随机地震作用下风电塔模型结构的响应特性,并对离散性进行了分析。结果表明:模型结构反应表现出显著的离散性,位移反应的变异性沿塔高增加,而剪力反应的变异性随塔高减小;相同幅值脉冲型地震波作用下塔顶加速度、位移及塔底剪力大于无脉冲波,且随着脉冲数量增加,结构反应也呈增大趋势;脉冲型随机波作用下结构加速度响应主要受基本振型控制。     

考虑地震时程的加筋土挡土墙动力分析

针对我国加筋土挡土墙设计中对于地震时程对加筋土挡墙的动力响应认识模糊的问题,基于有限差分数值分析软件FLAC,对一座高6m的土工格栅加筋土挡土墙进行了数值模拟,填土采用莫尔-库伦本构模型,土工格栅采用FLAC软件自带的Cable单元模拟,数值分析模型采用加拿大皇家军事学院的加筋土挡土墙振动台试验进行了验证,模拟分析时考虑了地震持续时间、地震波和地震峰值加速度的影响。数值计算结果对比了我国现行《公路加筋土工程设计规范》和美国FHWA设计规范的计算结果,研究表明：加筋挡土墙的土工格栅拉力和面板侧向位移随着地震持续时间的增加而增大,地震时程对加筋土挡土墙的受力和变形有较大的影响。地震加速度沿挡土墙高度有明显的放大效应,随着挡土墙高度增加,水平加速度的放大倍数逐渐增大。对于高度比较大的加筋挡土墙,传统的拟静力设计法采用单一地震系数的做法还有欠合理性,地震时程的影响应该在设计中得到充分重视。     

筏体和基础弹性对设备冲击响应影响的有限元分析

带有限位器的浮筏隔振系统是非线性系统,利用ANSYS建立了这一非线性系统的有限元模型,计算了带有限位器的浮筏隔振系统模型的冲击响应,分析了筏体弹性、基础弹性和限位器参数对冲击响应的影响.计算结果表明筏体弹性和基础弹性对系统的冲击响应均有一定程度的影响,它们使得机组的最大加速度响应减小,筏体和机组的最大位移响应增大.对于刚性浮筏隔振系统和弹性浮筏隔振系统,限位器间隙与冲击响应之间的关系是相同的,即随着限位器间隙的减小,筏体和机组的最大加速度响应增大,而最大位移响应都减小.     

三次非线性包装系统关键部件冲击响应影响因素分析

研究考虑易损件的三次非线性包装系统在半正弦脉冲激励下的冲击特性。建立二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解。讨论了频率比、质量比、缓冲垫阻尼、连接部阻尼、脉冲激励幅值和系统参数对系统冲击响应的影响规律,结果表明,各参数对系统冲击响应加速度峰值、最大变形量影响显著,研究结论为产品包装设计提供科学依据。     

矩形脉冲激励下斜支承弹簧系统冲击特性的研究

以斜支承弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统支撑角作为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了脉冲激励幅值以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加系统阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为斜支撑弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

矩形脉冲激励下斜支承系统易损件的破损评价

以考虑易损件的斜支承系统为研究对象,建立矩形脉冲激励下系统无量纲非线性冲击动力学方程。以脉冲激励幅值与易损件加速度响应峰值之比作为系统无量纲临界加速度,临界加速度与无量纲脉冲时间乘积为系统无量纲临界速度,引入系统支承角或频率比或质量比,构建斜支承系统易损件破损边界曲面。利用龙格-库塔数值分析方法求解方程,分析讨论频率比、质量比、支承角等因素对易损件破损边界的影响。研究表明,增大频率比、减小系统支承角、增大质量比等可增加易损件安全区域;随无量纲脉冲激励幅值增加,易损件破损区域减小。研究结论为斜支承系统的设计提供理论依据。     

轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究

为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律,采用基于高速摄像的方法,开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入水空泡演化特性的差异,揭示了同步并联入水双空泡演化机理,并进一步给出了入水空泡随轴线间距的变化特性。试验结果表明:并联入水过程中,双空泡形态在空间上呈现出了较好的镜面对称特征;对于深闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距的增大,空泡在两圆柱体轴线内侧区域的发展程度逐渐提升,且水深较浅处的发展程度提升幅度大于较深处;对于表面闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距增大,内测区域空泡逐渐趋于饱满,云化现象也逐渐减弱。