基于流固耦合的氦气囊非稳定形态机理分析

为了揭示飞艇内置氦气囊在非稳定状态下的形态变化机理,建立了单个氦气囊模型,基于ANSYS的瞬态动力分析和CFX的多场耦合分析,考虑空气与氦气密度差导致的浮力效应,进行空气和氦气流体及柔性囊体的多场耦合分析.首先基于囊体无应力态进行充气模拟得到初始充气平衡形态,校验数值模拟方法的正确性.然后通过控制氦气排气量模拟氦气囊在0°、10°、20°、30°仰角以及充盈度分别为100%、90%、80%、70%、60%时的形态,并进行变形、应力特征分析.数值结果表明:在仰角为0°时,随充盈度减小,囊体底部约1/3区域发生形态失稳,呈环向均匀小凹陷模态,且向顶部扩展,环向贯通为大凹陷;当有仰角时,凹陷先发生于下腹部,环向非对称,且随仰角增大,下腹部凹陷向顶部扩大.     

聚酯纤维机织物-聚氯乙烯-聚偏氟乙烯膜材双轴剪切力学性能试验

为研究聚酯纤维机织物-聚氯乙烯-聚偏氟乙烯(P-PVC-PVDF)膜材的双轴剪切力学性能,提出了工程剪应变计算方法、改进的剪应力计算方法和应力加载方法。基于自主研制的双轴拉伸试验机,对P-PVC-PVDF膜材进行了双轴剪切力学性能试验,得到了膜材剪应力-剪应变曲线、剪切模量和滞回环面积。分析结果表明,剪应力由正变为负后,各力学参数有所差异,但均在加载一次后趋于稳定。当剪应力的上下限设定为±2kN/m时,稳定后的剪切模量范围为11~13kN/m。通过对比证明,主轴与加载方向的夹角变化对计算结果影响不大。研究成果对膜结构设计与分析具有参考价值。     

ETFE薄膜双层气枕结构试验研究

首先对ETFE薄膜进行了单向拉伸试验,由应力-应变曲线计算力学参数:屈服强度、屈服应变、切线弹性模量和割线弹性模量.采用两种环氧树脂1∶1质量比制备胶黏剂,实现应变片与ETFE粘结协同,然后对其标定.研制了由荷载模拟、ETFE气枕、压力控制系统和测量系统组成的试验系统.成功地进行了风压、风吸正常承载力试验和极限承载力试验,应用三维扫描仪实现ETFE气枕形态无接触测量,并与数值分析结果进行了对比.本文成果对ETFE气枕设计具有参考价值.     

建筑涂层织物膜材剪切模量的双轴剪切测试方法

为确定更符合工程需求的建筑涂层织物膜材剪切弹性模量,基于双轴拉伸试验,采用45°偏轴十字型试件,定义名义剪切应力和工程剪切应变,提出了单调剪切加载下,基于剪切线性应变能误差的等效剪切屈服应力确定方法.在此基础上,提出了材料剪切模量低周循环双轴剪切测试方法,采用了等幅周期加载制度,以等效剪切屈服应力作为循环荷载的幅值,对剪应力正负加载上升段曲线线性拟合得到剪切模量.对玻璃纤维织物PTFE涂层膜材试件进行了试验,所得的剪切应力应变滞回曲线规则,线性度高,相比既有方法更符合工程实际.该方法可应用于G类膜材或其他织物增强类膜材.     

碳纤维薄壁杆件空间热辐射分析

碳纤维复合材料以其高强轻质等显著特点广泛应用于航天器的结构设计,以空间可展天线框架结构中的碳纤维复合材料薄壁杆件为研究对象,对其空间热辐射环境下的温度场和热变形进行数值模拟;采用分层实体单元和层合板壳单元两种模型进行计算,比较了两种尺度下的温度场和热变形结果,验证了采用层合板整体正交异性热参数和等效壳单元进行计算的适用性,进而可以为整体结构和复杂杆件的计算提供依据;同时也表明:薄壁构件的在轨温度场下的热变形水平满足空间可展天线的形面精度要求。     

大型构架式可展开折叠天线结构设计方案研究（一）

本文介绍了大型构架式展开天线关键部件的设计构思，主要包括：天线总体选型、布置，单向折叠展开臂支撑背架，复合剪式铰外环，馈源支架，索网设计与反射面调整，１８０°能量铰等驱动机构。     

新型大变形纯弯曲试验装置与细杆弯曲试验

薄板、薄壳和细杆等是组成复杂工程结构的基本构件,在可展结构等特殊空间结构中会表现出大变形大转角,目前这些分析试验仍是难题.基于四点加载原理,利用自平衡活动弯曲机构,研制了新型纯弯曲试验装置.结合MTS试验机加载,形成有效纯弯试验方法.根据弹性工程理论,推导了纯弯曲率计算公式.最后,进行了GFRP细杆纯弯曲试验和参数分析,得到表征材料弯曲性能的参数,这对实际工程设计应用具有一定参考价值.     

索杆张力结构力密度找形分析方法

根据索杆张力结构体系特征,建立了一种修正的力密度平衡形态分析方法;基于单纯索网体系力密度法,推导出了索杆自平衡体系力密度平衡方程;根据索杆张力结构的自应力模态、机构位移模态、无约束自平衡条件和力密度矩阵数值特征,推导出了力密度矩阵的秩亏条件,并引入力密度和节点向量线性条件约束索杆结构的几何模型;通过高斯变换降秩法得到满足秩亏的降秩力密度矩阵,并由M-P广义逆矩阵更新了力密度,迭代计算后得到可行力密度;根据一组独立无关坐标和拓扑关系计算了平衡形态位形,最后采用VC++编程实现了算法。结果表明:该方法适用于索杆张力结构的找形分析,具有一定的正确性和有效性。     

浮空器囊体膜材力学性能试验研究

对三种浮空器气囊膜材Uretek3216L、3216A、3224进行了一系列力学性能试验研究,包括单向拉伸试验、往返加载试验和徐变试验,得到了完整的强度、变形、往返荷载滞回环曲线、徐变等材料力学性能试验数据,提出了膜材在单向拉力作用下的三线段应力—应变模型.同时对有无焊缝试验结果进行比较,考察了高频焊缝对膜材力学性能的影响,最后根据往返荷载试验结果,计算出膜材的弹性模量.通过本研究得到的材料力学性能参数为浮空器复杂构型的验证、结构分析和裁剪分析提供支持.     

斜拉桥施工控制分析

本文从建立广义平面杆系的斜拉桥非线性分析系统开始，以刚性支撑连续梁作为变形协调条件，通过自动调索确定成桥理想状态；采用倒拆法确定理想施工状态和卡尔曼滤波法适时控制施工过程，从而建立斜拉桥施工控制分析系统。