基于AntoCAD的组件化程序设计方法

组件化是现代开放软件系统的重要特征之一。本文介绍了ADS和ARX环境下的AutoCAD二次开发方法，着重论述了基于AutoCAD的组件化程序设计方法。通过对有限元建模软件AutoFEM结构体系的剖析，说明了组件化程序设计方法的具体实现与意义。     

复合材料细观结构三维有限元网格模型的建立

提出了针对颗粒夹杂为椭球形状并呈随机分布的多相复合材料的三维有限元网格的建立方法,为复合材料细观结构研究提供了一种全自动的建模工具。引入了以体积为标度的任意两椭球骨料侵入的判别准则,实现了一种三维随机骨料的投放算法;在基于映射法的颗粒表面有限元网格生成算法中通过扫描线布点和局部连接技术较好地解决了网格极化现象;采用改进的三维AFT方法生成基体的四面体网格,并利用AFT特性一次生成所有颗粒夹杂的四面体网格;为进一步的复合材料细观结构与宏观力学性能的多尺度计算打下了基础。最后用几个算例验证了算法的有效性。     

异常荷载下导弹（火箭）级间连接结构失效分析

依据导弹（火箭）级间螺栓法兰连接结构特点,简化制作两组原理性实验件,设计进行了横向冲击和准静态荷载两种工况作用下连接结构失效实验。通过对比两种加载速率下的破坏结果,分析冲击力、加载力、螺栓响应数据和连接界面开缝位移数据,总结了连接结构的失效机理。此外,建立了针对连接结构失效进程仿真的有限元模型,并通过实测数据对其检验校核。研究结果表明：连接结构在横向异常荷载作用下呈序列失效特点,单个螺栓由于法兰盘“杠杆效应“存在明显弯曲变形,实际失效模式为“拉弯耦合”失效;冲击加载下螺栓材料“应变率效应”不显著,在本构模型的选择上可暂时不考虑动态加载的“应变率效应”;与实测数据对比可见,基于Abaqus显式算法的仿真模型,对连接结构失效进程的模拟误差在15%以内,工程中可以认为数值仿真得出的结论是可靠的。     

大型离心压缩机叶轮叶片疲劳可靠性分析

研究了国产某型号离心压缩机叶轮叶片的疲劳寿命可靠性设计,探讨了其疲劳破坏寿命的预报方法,发现决定叶片疲劳寿命的工作应力有两个:稳态应力水平和交变应力水平.任何一个应力水平过高,都会导致疲劳寿命降低;降低稳态应力水平可以通过结构优化设计来实现,降低交变应力水平主要靠运行管理来控制.     

一种分布式的点球弹簧修匀法并行方案

针对非定常流体模拟中的网格变形问题,提出一种基于MPI的分布式并行的网格变形算法.算法对初始网格进行分区,并在分区之间构建共享单元层.在分区内采用点球弹簧修匀法(Vertex-Ball Spring Smoothing,VerBSS)对网格进行变形,相邻分区的边界通过通信进行同步.上述算法在求解过程中保留了节点之间的连接性和VerBSS离散求解的特征,具有较高的变形效率.算例结果表明,上述并行方案变形能力较强,并具有较高的并行效率,适合求解大变形、大规模的网格变形问题.     

含滞迟缓冲器的螺栓法兰连接结构稳态随机响应

基于螺栓法兰连接结构简化动力学模型,针对上部结构内包含滞迟缓冲机构的情况,通过蒙特卡洛数值模拟研究了高斯白噪声纵向载荷作用下的结构随机响应特性.在简化动力学模型中,通过拉压不同刚度的非线性弹簧表征螺栓法兰连接,上部缓冲机构用Yar-Hammond双线性滞迟系统描述,以便用于航天器对应舱段结构动力学响应的快速计算.在数值模拟之前对此系统进行了无量纲化,而后通过数值模拟分析了不同参数条件下的稳态响应概率密度函数,讨论了结构稳态随机响应的演化规律.     

高效可靠的边界层网格分块层进生成算法

为了提高复杂3D外形的边界层网格生成速度,提出一种基于离散中轴面的前沿分块层进算法.以闭合的边界三角形网格作为输入,在内部生成只含边界点的约束Delaunay三角化背景网格,聚集所有四面体的外心构成离散的中轴面.根据边界面片离中轴面的距离,将边界面片分为2类:快速推进的开阔区域面片和逐层推进的狭窄区域面片.在IntelXeonX5650CPU的单核上对NASA通用研究模型的边界层网格剖分结果表明,该算法的剖分效率是传统层进法或膨胀法的10倍以上,且完成106量级边界面片的分块只用了若干秒.     

边界优先的Delaunay-层推进曲面四边形网格生成

为了提高复杂组合曲面四边形网格生成的鲁棒性和边界单元质量,提出一种边界优先的Delaunay-层推进网格生成方法.首先在剖分域内粗的约束Delaunay背景网格的辅助下,以物理域的位置偏差为引导,在参数域中迭代计算边界点的法矢量;然后结合层推进策略,在几何特征附近生成各向异性或各向同性正交网格;最后使用Coring技术加速内部网格的生成并进行单元合并,得到四边形为主的网格.若干复杂平面区域和组合曲面模型的剖分结果表明,所提方法可生成等角扭曲度和纵横比优于主流商业软件的网格;在12个线程的PC平台上,使用OpenMP并行剖分包含21 772张曲面的引擎模型只用了38.68 s.     

三维CAD/CAE一体化的参数化动态有限元建模

提出了一种基于CAD参数化技术与CAD／CAE一体化技术的参数化动态有限元建模方法，该方法解决了三维实体有限元建模中几何模型的描述与驱动、参数联动、模型自动更新等一系列问题，为先进的参数化有限元分析与优化设计提供了关键技术基础；阐述了三维参数化动态有限元建模方法中的若干关键技术，包括具有典型意义的基于AutoCAD／MDT二次开发环境ObjectARX的CAD／CAE集成方法、复杂三维组合曲面网格全自动生成算法、复杂三维实体的四面体网格全自动生成算法、面向对象的有限元模型描述方法，以及有限元模型的参数驱动方法等；建立了一个三维参数化形状优化设计应用原型系统。     

非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题,研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性,提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果进行傅里叶变换,获得其频率、幅值与相位特征,重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量,通过干涉图确定叶轮的共振模态,对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量,通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明,计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合,相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。