开口及边界条件对复合材料三分之一柱面壳压缩屈曲性能的影响

研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.     

C-GIS充气柜SF6气体状态综合在线监测装置设计

C-GIS充气柜是一种小型化、智能化的GIS设备,是将GIS的SF6绝缘技术、密封技术与空气绝缘金属封闭开关设备制造技术进行有机结合的产物。本文详细分析了C-GIS的应用背景和GIS中SF6绝缘气体状态变化可能导致的严重后果,设计了一套C-GIS充气柜SF6气体状态综合在线监测装置。并对该装置的基本结构、功能及具体实现进行了全面的介绍。     

一种新型车用低温气瓶后端支撑结构性能分析

提出了一种新型的低温气瓶后端支撑结构,使用有限元数值仿真方法对该结构进行传热分析和承载能力分析。仿真结果表明,与常用的十字形支撑结构相比,该结构具有更低的漏热率并且具有良好的承载能力。该结构能够提高车载低温气瓶的绝热性能、满足承载能力要求。     

基于拓扑优化的结构加强筋布局降噪方法研究

基于变密度拓扑优化方法,提出了通过优化加强筋布局来降低谐振结构辐射声功率的策略。优化中将加强筋单元的伪密度作为设计变量,约束为加强筋质量上限,所用寻优算法为移动渐近线(MMA)系列算法中的MMA-GC-MMA混合算法。对结构的振动响应使用有限元方法求解,对声辐射使用边界元方法求解,并在此基础上分析了目标函数对设计变量的灵敏度。以加筋箱体为例进行优化,验证了所提方法在降噪设计中的可行性和有效性,并对结果进行了讨论。     

预紧力作用下的薄壁结构屈曲稳定性分析

本文以某弹性加载系统中的薄壁结构为分析对象,通过理论分析及有限元仿真相结合的方式计算薄壁结构受压状态下的屈曲失稳临界载荷,有限元仿真结果与理论解析计算基本一致。在屈曲分析的基础上计算薄壁结构两侧的最小预紧力,通过有限元仿真进一步验证了预紧力对屈曲稳定性的影响。仿真结果表明,预紧后的薄壁结构承载能力明显提高,证明了预紧方案及最小预紧力计算方法的正确性,屈曲分析计算及预紧方案在工程应用上具有实用性及借鉴意义。     

换流变阀侧套管振动模态及其法兰根部应力研究

套管法兰是换流变压器阀侧套管的薄弱部位,承受着换流变振动等复杂环境动力,易因长期机械载荷作用出现疲劳开裂,导致换流变压器停运。应力集中是导致结构疲劳开裂的主要因素,但现在少有针对法兰应力分布和疲劳的研究。为优化套管法兰根部结构、提高法兰疲劳强度,采用有限元仿真方法分析法兰应力分布,研究不同根部结构下法兰应力集中特征,并采用模态分析和响应谱分析研究振动载荷下法兰应力分布。研究发现:应力集中在法兰拐角位置并随法兰拐角曲率半径增加而降低;套筒上与法兰盘连接的加强筋能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋宽度和高度增加而提升;三角形加强筋在靠近应力集中位置时能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋安装角度增加而减小;连接的加强筋还对套管受竖直方向和轴向振动时法兰拐角最大应力有明显抑制作用。     

夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

J型加筋壁板结构轴压试验及承载能力数值预测

设计了复合材料J型加筋板轴压试验件形式和加载方式,试验研究了其承载能力和破坏形式,讨论了轴压下复合材料加筋板件承载能力预测的有限元建模和分析方法,数值分析了加筋板屈曲和后屈曲模式,结果表明如果不考虑损伤累积对结构承载能力的影响,预测值将明显偏高;而通过引入逐步破坏准则,考虑了基体破坏、纤维基体剪切失效以及纤维断裂等损伤累积对结构承载能力的影响,可以提高数值预测精度。     

基于结构与材料参数的S形薄壁梁抗撞性与轻量化研究

以车身前部吸能部件前纵梁结构中常见方形截面S形薄壁梁为研究对象,探讨了如何通过合理引入诱导槽和加强筋设计提高其抗撞性,及基于材料属性实现轻量化设计。根据诱导槽位置分布、个数和加强筋分布的不同建立8种有限元模型,通过仿真优选了两种吸能特性较好的结构模型;在此基础上,以质量为约束,结构几何尺寸为设计变量,提高抗撞性为目标,对其中带有加强筋的S形薄壁梁进行多目标优化,并基于高精度代理模型快速获得了最优设计参数;对比碰撞力-位移仿真曲线与理论曲线,验证了优化模型的有效性;通过将加强筋板的材料改为镁铝合金,进一步实现了轻量化设计。研究成果为实现薄壁梁结构的抗撞性优化与轻量化提供新的解决方案。     

船体结构极限海况下逐次崩溃行为研究

研究船体结构在极限海况下所遭受的载荷以及相应的结构逐次崩溃行为对于确保在航船舶的安全或是设计出合理安全可靠的船舶结构,具有重要的意义。在该文的研究中,首先用基于势流理论的三维奇点分布法进行作用于船体的载荷和船体运动的计算;将得到的随时间变化的载荷施加到整船结构模型上;然后运用MSC.Marc软件,考虑几何非线性和材料非线性,进行结构逐次崩溃分析,可得到结构的极限承载能力。在明确作用于船体的外力和结构的耐力以后,即可进行船体结构安全性评估;可通过加大崩溃区域的板厚或加强筋尺寸的方式来提高结构的承载能力,增加船体结构的安全度。     

基于FEM/BEM变速器箱体辐射噪声的研究

采用有限元和边界元联合的方法对变速器箱体的辐射噪声进行分析研究。首先针对某型车辆变速箱箱体,建立箱体与箱体内机油的流固耦合有限元模型和箱体的边界元模型,并分析其所受激励载荷;然后进行强迫振动有限元的数值仿真计算,并通过试验进行验证,试验数据与仿真数据基本吻合;最后将振动的有限元计算结果作为箱体边界元模型的边界条件进行噪声辐射的数值仿真计算。根据计算的结果,对该箱体的结构进行有针对性的加筋强化,仿真计算的结果表明,进行加筋处理后的箱体噪声辐射能得到有效的抑制。     

三维机织复合材料/钛合金混杂板缝合连接剪切失效机理EI北大核心CSCD

为研究缝合密度、缝线纤维束规格以及钛合金板上预制的缝合孔直径对经过缝合的三维机织复合材料/钛合金混杂板缝合连接结构抗剪切能力的影响,对7组缝合参数各不相同的单搭接实验件进行剪切实验。通过加载条件下的原位细观实验观察,获得不同缝合参数下接头的失效模式,给出对应载荷-位移曲线上特征点的损伤形貌。结果表明:增加碳纤维缝线的丝束规格以及增加缝合密度均能提高混杂接头的失效载荷,且增加缝合密度比增加碳纤维缝线的丝束规格对提高失效载荷的效果更明显;缝合孔直径为2 mm或4 mm对结构承载能力无明显影响,当缝合孔直径达到6 mm时,承载能力明显降低;通过细观原位力学实验观察了三维机织复合材料/钛合金混杂板缝合结构剪切破坏过程;实验结果表明,搭接区的失效模式有缝线纯剪断、缝线抽出与剪断混合以及缝线挤出/剪断混合3种。缝合密度的变化是接头失效模式改变的主要因素。     

微量摩阻天平旋转加载校准装置研制

为实现对微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器进行静态校准研究,并且需要能够模拟高超声速风洞试验环境压力,建立微量摩阻天平旋转加载校准装置,对该校准装置的总体方案、旋转加载台体系统、真空系统和测控系统等进行研究。首先,提出基于离心力等效原理和真空箱体内单轴旋转加载方法的校准装置研制方案,开展旋转加载校准原理和校准装置总体方案研究。然后,分别对单轴旋转加载台体系统、模拟不同风洞试验环境压力的真空系统、旋转加载台体和真空箱体的磁流体动态密封以及专用的测控系统等方案进行详细设计。最后,完成校准装置研制,对该校准装置进行技术指标检测,并对研制的MEMS摩阻传感器样机开展校准应用。结果表明:微量摩阻旋转加载校准装置的速率范围在0.01～3 600°/s连续可调,速率精度优于0.01°/s,真空度20～5 000 Pa精密可测可控;静校的MEMS摩阻传感器样机输出稳定、回零好,测量范围均为0～100 Pa,分辨率为0.1 Pa,重复性精度和线性度优于1%。该校准装置速率精度高、稳定性好,校准过程中真空箱体的真空度可在30 min内达到20 Pa并得到很好保持,满足微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器静态校准需求。     

弹底火药气体的间隙密封结构性能分析

针对弹射式侵彻数据回收装置在弹底开孔后,其弹射通道的间隙需要密封的要求。设计了8种间隙密封结构,计算了最大膛压时及整个内弹道时期的火药气体状态参数,并应用FLUENT软件对这些密封结构间隙通道中火药气体的压强变化情况进行了仿真分析,从而对比其密封性能,确定最佳密封结构,根据仿真结果选取3种典型结构进行了试验验证;结果表明,在这些弹底火药密封结构中,密封檐、迷宫和凹槽形状等结构因素对火药气体的密封作用不同,其中檐式直角矩形凹槽型密封结构的密封效果最好,增加密封圈后密封效果更佳。研究结果可以为高温高压火药气体密封相关研究提供参考。     

基于两组对称开口环结构的可开关双频段左手材料

本文设计了一种可开关的双频段左手材料,该结构在聚酰亚胺介质基板上面放置了两组对称的开口环结构,背面放置3条相同的金属铜线.通过在谐振环的开口间隙处加载RF MEMS开关来控制磁响应从而实现可开关的双频响应.运用高频电磁仿真软件HFSS对不同开关状态下该结构的电磁特性进行仿真研究,结果表明:当开关处于不同状态时,该结构可分别实现低频、高频和双频可开关的负折射率和左手特性.该研究结果对拓展左手材料在不同频段的应用具有潜在的应用价值.     

迎爆加强筋耦合程度对响应的影响及简化建模方式的研究

在对结构防爆能力的数值分析中,考虑所有迎爆加强筋的耦合,会大大增加建模工作量及计算时间。为提高计算效率,文中对局部板架结构中处于迎爆状态的纵向加强筋采用全耦合、不耦合及部分耦合等多种耦合程度的建模。并基于MSC.Dytran有限元分析软件,计算迎爆加强筋的耦合程度对结构响应及计算时间的影响,得到迎爆加强筋对耦合程度问题的简化。研究结果表明：在适当的情况下,一些耦合程度较低的建模方式仍可以保证计算精度,同时减少建模工作量和提高数值计算效率。     

迎爆加强筋耦合程度及简化建模方式的研究

在对结构防爆能力的数值分析中,考虑所有迎爆加强筋的耦合,会大大增加建模工作量及计算时间。为提高计算效率,对局部板架结构中处于迎爆状态的纵向加强筋采用全耦合、不耦合及部分耦合等多种耦合程度的建模。并基于MSC.Dytran有限元分析软件,计算迎爆加强筋的耦合程度对结构响应及计算时间的影响,得到迎爆加强筋对耦合程度问题的简化。研究结果表明:在适当的情况下,一些耦合程度较低的建模方式仍可以保证计算精度,同时减少建模工作量和提高数值计算效率。     

液压凿岩机配流阀零位开口设计与实验研究

液压凿岩机配流阀零位正开口设计的定位导向精度要求高,增加了其制造难度,系统内泄量大,降低了凿岩机的工作效率.针对此不足,通过比较分析零位正开口与零位负开口的优点和不足,提出了一种零位负开口的设计方法和零位开口压力增量的计算方法,从蓄能器的耦合和局部阻力角度建立配流阀零位开口的数学模型,得出了阀芯开口运动的非线性方程.利用Simulink对阀芯零位开口进行了运动学仿真,分析对比了不同开口形式对凿岩机冲击性能和系统压力的影响,并与实验结果进行对比,验证了仿真的准确性.结果表明:液压凿岩机配流阀零位负开口设计优化了导向方式,降低了制造难度,其工作效率提高了9.2%,单次最大冲击能提高了12.5%.零位负开口设计的高可靠性和高效率优势更符合实际工况要求.     

某宽体矿用自卸车驾驶室ROPS结构仿真分析、改进及验证

在正向设计开发某宽体自卸车驾驶室的过程中,为了在保持曲面造型的基础上满足提高安全性、缩短设计周期以及降低设计成本的要求,首先,通过CAE有限元仿真对其初始ROPS结构进行各向加载力及加载能量分析,找出相关薄弱点进行有针对性地优化加强。其次,通过CAE仿真分析确认优化的有效性,加强后的ROPS结构很好地满足了ROPS标准对各向加载的安全要求。最后,通过实验室台架试验验证了该车型驾驶室ROPS结构的安全性和可靠性,也很好地验证了CAE仿真分析的有效性。     

电暖器包装跌落及结构优化仿真分析

对电暖器包装件进行跌落试验及破损部位进行受力分析,旨在优化电暖器易损部位结构设计,解决电暖器跌落过程中的面板变形问题。首先对电暖器包装件进行跌落试验,并分析电暖器产生破损的原因,然后运用Creo软件进行三维建模,运用Workbench软件对易损零部件及其优化方案进行跌落仿真对比分析。经跌落试验后得出,产品破损部件为电暖器面板,对面板进行跌落受力分析发现,面板内部无结构支撑,跌落过程中因自重使面板产生不可逆变形,通过结构优化并进行单个零部件仿真,最大应力值减小了28.5%。仿真软件作为一个有效辅助工具,与产品跌落受力分析结合应用,能够针对性简化仿真模型,较大程度提高结构优化效率,减少结构改模次数,提高方案准确性。