基于PANDA平台的飞行器脉动压力激励随机振动响应分析

目的形成自主再入飞行数值模拟预测技术。方法采用模态叠加法开展自由结构的多点脉动压力激励随机振动响应分析,基于PANDA高性能力学分析平台进行并行实现研究,构建相应的求解模块。针对飞行器再入过程,基于自主研发的软件模块,分析飞行器自由状态的模态特性及其在实测脉动压力载荷下的振动响应,并与商业软件分析结果进行比对。结果模态振型的误差小于0.2%,位移均方根响应云纹分布一致,最大值和最小值的误差分别为1.93%和6.14%。结论验证了相关功能的正确性,证明PANDA平台可以用于实际工程的结构分析中。     

高超声速导弹随机振动响应分析

目的 研究某高超声速导弹飞行过程中的振动状态,获得导弹在给定压力载荷下的振动响应特性。方法结合有限元分析、随机振动理论,利用三维软件构建导弹有限元模型,并在Ansys Workbench平台对其进行模态分析及谐响应分析。基于模态分析结果,对导弹进行随机振动响应试验,探究导弹在频域及力学上的振动响应特征。结果 计算得出导弹前六阶固有频率和振型,获得导弹上一检测点在给定振动激励载荷下的加速度响应曲线,并得到导弹整体结构的应力分布云图。结论 导弹模型强度符合要求,导弹在振动激励载荷下的加速度响应峰值均出现在380～400Hz,应力极值出现在导弹尾部区域,在此区域内,导弹更易产生结构性损伤。在飞行器地面环境模拟试验中,应着重考虑此频域及位置的振动条件。     

驾驶舱空气动力源致振动响应分析研究

目的分析驾驶舱外形上多处凸起对驾驶舱内若干重要部位的振动响应的影响。方法首先采用大涡模拟方法,计算多种飞行工况下分离气流产生的作用于机身前段外表面的非定常脉动压力载荷,然后将所得载荷作用于前机身详细有限元模型上,获得所关心的驾驶舱内部分站位的加速度响应。结果通过对加速度响应结果的分析处理及与试飞测试数据对比,可知驾驶舱外形上多处凸起对驾驶舱内的振动量值影响比较大,气流分离对驾驶舱舱内振动贡献,峰值位置处达到了25%左右。结论相关计算结果可用于驾驶舱工效性评估和驾驶舱外形优化。     

再入环境测量火箭测试平台总体设计与关键技术

目的研究弹头再入飞行时表面的脉动压力等参数特征及变化规律,借助火箭测试平台飞行试验,同步获取自由飞行状态下载荷段外部脉动压力、时均压力、温度与内部结构振动、冲击响应数据,认识和预测脉动压力载荷与结构响应的相关性,同时为结构响应等效的数值模拟验证提供支撑。方法根据飞行试验测试的目的和要求,计算火箭测试平台的总体参数和设计系统组成,开展总体设计技术、测试系统设计技术、防热设计技术、气动弹道设计技术等关键技术研究。结果设计了再入环境测量火箭测试平台,并完成了地面试验验证,用于开展飞行试验,获取典型再入环境下的气动力热数据、弹道参数和结构响应数据。结论通过地面试验,验证了再入环境测量火箭测试平台总体设计的正确性和系列关键技术的有效性。     

有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析,结合模态试验修正了有限元模型。由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

冲压发动机热结构振动环境预示研究

目的研究脉动压力作用下冲压发动机燃烧室热结构振动环境预示方法。方法建立发动机结构的力学模型,同时开展相应的常温和热模态试验,对有限元模型进行对比、修正,以最终得到的力学模型为基础,分段对发动机结构施加脉动压力,完成冲压发动机脉动压力作用下热振动响应计算,并与试验结果进行对比分析。结果预示结果与试验结果基本相符,验证了所采用的冲压发动机振动响应分析方法和技术途径的可行性和正确性。结论这种热-结构分析方法可用于冲压发动机振动环境预示,同时也可用于优化发动机结构设计,对飞行器研制初期环境预示及结构设计工作具有重要的工程应用价值。     

基于动力学仿真的激光器平台稳定性设计改进

目的评估某光学平台初始设计方案在随机振动条件下的稳定性是否满足设计指标,并提出设计改进方案。方法基于随机振动条件下结构相对位移的理论研究,建立动态载荷下结构相对变形的计算方法,并采用有限元数值仿真对光学平台的镜面转角响应进行分析。结果对初始方案的数值模拟结果表明,不满足镜面角位移小于10μrad的指标要求,主要是因为结构的整体鼓曲模态被激发,并提出了通过增加螺栓连接改变结构对动力学特性的改进思路,目的在于通过提高结构的刚度,以提高安装平台的平整性。结论对改进方案进行数值仿真表明,通过增加基础底部对螺栓连接,有效提高了安装平台在随机载荷下的平整性,并使得安装平台角位移响应大幅下降,为3.4μrad,满足了设计要求。     

随机振动载荷峰值强度的一种工程表述

为了分析以PSD描述的随机振动载荷的峰值强度,将广泛应用于地震工程和冲击环境工程研究中的冲击响应谱概念拓展应用到随机振动峰值分析之中,从理论上导出了各态历经Gaussian随机振动过程冲击响应谱计算的一般方法,并导出了简化的工程应用表达形式。数值模拟结果验证了文中方法的正确性和简化分析结果的有效性。     

一种提高飞行器结构天地力学环境地面试验有效性的方法及其应用

目的研究提高飞行器结构地面试验有效性的途径。方法计算同一被试件结构在飞行状态和地面试验状态下的有限元模型,测量地面试验状态下的模态以验证有限元模型的正确性;计算各特征点(也可以是遥测点)在天地状态下的响应,用机器学习法获取各特征点的映射关系模型;基于该模型由飞行点响应(或遥测数据)确定出地面试验件对应点的响应,并用载荷反求法得到它们的等效载荷;最终确定施加在试验系统上的载荷。结果以细长体结构为例,所得到由其组成试验系统的有限元模型与实测模型之间的固有频率最大相对误差为6.76%,利用映射关系模型预测出对应点在飞行状态下的振动响应。确定了飞行状态下结构响应的特征点,由地面试验系统所对应的响应点反推出应施加的载荷为60 N。结论利用天地数值计算-地面试验验证联合法,无需在地面试验状态下刻意模拟飞行状态的边界条件,确定出所需要施加的载荷,从而提高了飞行器地面试验的有效性。     

航炮炮舱结构的炮振响应分析

目的获得航炮发射时炮舱结构的动响应。方法依据火炮发射原理,使用化学爆炸模拟炮口冲击波,建立航炮发射时炮口冲击载荷的表达模型。利用ALE方法处理高压流动空气与炮舱表面的流固耦合问题,通过数值计算获得发射气流冲击载荷作用下炮舱结构的表面压力分布与动响应。利用试验结果,修正载荷与炮舱模型的有关参数。结果计算得到的炮舱动响应与试验结果相比较,误差在可接受范围内。结论建立了一种使用化爆模拟冲击波进行航炮炮舱结构炮振响应仿真计算的技术方法,初步确定了结构危险部位,为后续炮舱结构减振设计创造了条件。     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。     

机载战术导弹挂飞环境地面振动试验方案研究

研究总结了某型机载战术导弹服役过程中所经受的振动激励主要来源,同时研究分析不同激励方式对战术导弹吊耳载荷响应效果的影响,确定该型机载战术导弹振动载荷加载方案。采用理论计算与有限元建模计算分析的方法,分析比较不同激励方式对导弹吊耳载荷响应效果的影响。总结确定了该型机载战术导弹振动载荷的主要来源,通过理论算例和有限元建模计算的方法分别计算了不同激励方式下导弹吊耳的载荷响应,并最终确定了振动载荷加载激励方式。     

再入飞行振动环境试验等效性探讨

目的提高再入体实验室模拟再入飞行振动环境的等效性,确保地面环境试验结果的可靠性。方法首先分析再入飞行过程中受脉动压力等因素影响诱发的振动环境载荷特征。其次,基于飞行实测数据,分析再入飞行振动响应的空间分布规律和频域能量分布特征。最后,将飞行试验实测数据与传统实验室振动模拟试验结果进行对比,从载荷传递规律、空间分布规律、频谱特征等方面对主要关注区域"天地"响应存在的差异进行探讨,研究实验室等效模拟再入飞行振动环境的因素。结果针对特定的再入体结构,设置有限等效响应目标点,通过对试验系统动态特性分析、夹具优化设计、试验控制方式、振动台激振模式等多方面综合研究,可以提升再入飞行振动环境模拟等效性。结论提出了以"天地一致性"为目标的工程可行措施和实验室振动试验等效原则,为再入飞行振动环境的实验室等效模拟提供了支撑。     

基于Matlab/Simulink的导弹运输振动载荷分析

目的分析导弹在车辆运输中的振动载荷情况,为开展导弹结构可靠性分析和寿命预估提供输入条件。方法根据导弹运输车的动力学模型,利用Matlab/Simulink对不同路况条件下导弹运输车振动响应情况进行仿真计算,获得不同路况和运输车速时的振动响应情况。结果随着路面等级下降和车辆速度的增加,导弹运输车振动的幅值也相应增加。结论滤波白噪声方法模拟得到的时域路面功率谱与标准等级功率谱一致性较好,可以作为振动响应分析的输入激励。     

高架桥梁振动与结构噪声数值模拟

利用有限元软件Ansys与声学软件LMS Virtual.Lab Acoustics进行城市轨道交通高架桥梁的振动声辐射分析。首先使用Ansys对箱型梁三维模型进行瞬态动力学分析,用一列移动荷载模拟列车过桥,然后将位移响应结果导入Virtual.Lab Acoustics中,作为边界条件,计算外声场。另外通过改变桥梁参数与车辆参数,计算分析桥梁振动响应与辐射声压变化,为城市轨道交通振动与噪声的控制提供数值依据。