导弹飞行振动环境地面模拟试验方法

分析了导弹飞行环境的载荷特征和环境条件,指出了目前常用的试验方法在某些情况下存在的不足。简要介绍了振动-噪声复合试验方法及柔性悬挂-多点激励试验方法,并分析了其优、缺点。振动-噪声复合试验方法可更有效地模拟飞行过程中的宽频带振动环境,多点激励试验方法可对飞行过程中的面载荷进行有效模拟,采用柔性悬挂可模拟飞行过程中的自由边界。这些试验方法与传统试验方法相互补充,可更精确地模拟导弹飞行振动环境。     

舰载飞机弹射动力学仿真与试验验证

目的获取舰载飞机弹射过程中冲击动载荷在结构上的响应规律,以及前起落架和与其连接的机体主传力结构的动响应特性。方法基于多体系统动力学理论,建立描述舰载机弹射过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,对弹射过程进行仿真分析。同时开展地面模拟弹射冲击试验,通过仿真和试验对照,重点研究牵制载荷突卸瞬间结构的动态响应规律。结果仿真和试验得到结构传力路径各点的加速度和应力响应数据,试验测得机体结构加速度峰值达到255g,而同位置的应力峰值为85 MPa,仿真和试验数据的趋势一致。结论牵制载荷突卸形成的冲击动响应峰值沿着结构传力路径衰减。航向加速度和应力响应峰值随着牵制释放载荷的增加而增加。虽然瞬态加速度峰值达到较高水平,但是瞬态作用机体结构的应力峰值不高,不足以造成结构失效。结构设计应重点关注弹射冲击响应峰值和振动疲劳的影响。     

一种适用于深水压试验的传压隔热装置设计

目的真实高效地进行深水压环境的温度模拟。方法提出一种深水压试验压力加载过程中的恒温实现方法,通过开展基于皮囊的结构设计、密封性设计、导热性研究等工作,设计一种适用于深水压试验的传压隔热装置,对其进行理论分析和仿真计算。结果该装置可以实现液体温度在较长时间内基本恒定,具有良好的传压隔热性能。结论在建立的实验系统上进行了试验研究,实现了深水压环境模拟试验中压力载荷同步条件下液体温度小范围恒定功能,该技术为深水压环境试验的相关技术研究提供了技术储备。     

连续突风频域响应过程的时域等效模拟方法

目的在时域中模拟连续突风响应,比较常见的功率谱密度函数的时域数值模拟方法。方法构建民用飞机大展弦比单机翼突风响应计算模型,针对CCAR25规定的大气紊流功率谱密度函数,进行连续突风随机载荷计算,并直接为频谱分配随机相位,经傅立叶逆变换得到与连续突风随机计算使用的功率谱密度函数等效的突风时域激励,进行离散突风载荷分析,并与连续突风响应计算结果进行对比。结果比较机翼的弯矩、剪力及扭矩,离散突风载荷分析得到的弯剪扭载荷值与连续突风载荷分析得到的弯剪扭载荷值的偏差不超过3%。结论在功率谱密度函数等效的基础上,利用随机相位构造时域突风激励的方法快捷有效,能直观地显示随机突风激励下载荷响应的时域情况,便于进行时域中的非线性分析。     

不同载荷下轮式车辆运输振动数据预测模型研究

目的为便于执行GJB 150A进行车辆运输振动试验,研究了不同载荷下运输振动数据预测模型。方法对模型的特点和适用范围进行了分析;运用该模型分析了不同载荷下运输振动试验的试验数据规律。结果随着载荷的增加,运输振动逐渐减小,能够反映轮式车辆不同载荷下的运输振动规律,给出了运用该模型对不同载荷下车辆运输振动数据的预测方法。结论该模型简单实用,在执行GJB 150A进行运输振动试验过程中,若直接引用标准中的数据,可以采用该模型对不同载荷下的运输振动试验数据进行预测。     

客舱玻璃抗螺旋桨甩冰冲击分析

目的 研究涡桨飞机客舱玻璃抗螺旋桨甩冰分析方法。方法 根据某型涡桨飞机螺旋桨结冰特性计算分析得到的冰块质量以及冰块轨迹,筛选出严重载荷工况。建立客舱玻璃有限元模型,采用有限元软件PAM-CRASH进行数值计算,获得结构破坏形态和动态响应。开展客舱玻璃甩冰冲击研发试验,将试验后结构损伤与数值分析结果进行对比分析。结果 两种确定冰块质量和冰块速度方法,可适用于结构防甩冰设计的不同阶段;根据结冰特性计算分析得到的冰块质量10.27 g、垂向速度141.1 m/s更为准确合理。不同冰型撞击各个结构部位,会对结构造成不同程度的损伤。同一长方体冰型下,入射截面积越小,玻璃损伤越严重;撞击玻璃不同部位时,角部比中心点更为严重。结论 试验结果与仿真结果基本一致,可以验证所给出的客舱玻璃分析模型及分析方法的准确性,可供螺旋桨甩冰区域的客舱玻璃设计参考。     

CSSRC小型冰水池中海冰模拟与测试研究

中国船舶科学研究中心(CSSRC)新近建成了一座小型冰水池(SIMB),用于冰相关的基础研究,诸如冰模拟、冰力学性能测试以及冰与结构相互作用研究等。该冰水池主尺度为8 m（长）×2 m（宽）×1 m（深）。模型冰为低浓度氯化钠水溶液冷冻制作而成的柱状盐冰。制冷系统可精确地控制室内降温、冷冻和回温过程,制冰过程伴有冰晶播撒和微气泡控制。对一系列模型冰物理和力学性能的测量及微观结构的观测,验证了小型冰水池设计满足功能要求,为冰相关的基础研究提供了一个有效的平台。     

管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析

为了分析北京地区粉质黏土场地中管-土相互作用土弹簧模型参数,进行了一系列管土相互作用试验。由于人力、经费、场地等原因,模型箱尺寸无法取到无限大,模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一定偏差。为了检验已开展模型试验结果的可靠性,基于ABAQUS有限元软件进行了数值仿真,探讨了土体的破坏模式,研究了管-土相互作用试验的尺寸效应,并得到如下结论:土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种破坏模式;模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小,当深径比大于6时,前方边界开始对试验结果产生影响。最后,分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。     

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。     

LRM 模块载荷分解方法研究

目的根据综合模块化航空电子设备的特点,研究LRM模块的载荷分解方法。方法通过仿真和试验方法,对LRM模块所承受的温度和振动载荷进行分解,并详细论述两种方法的具体实现过程。结果将模块载荷分解方法成功运用于某工程系统中,验证了方法的有效性。结论 LRM模块的载荷分解方法能够指导其他类似综合模块化航空电子设备的载荷分解,推动LRM模块合理的独立环境试验及交付。     

航空电子设备加速可靠性试验有限元分析应用进展

通过综述有限元分析在加速可靠性试验中的最新应用成果,分析了航空电子设备加速可靠性试验技术的基本现状和存在的挑战.主要从航空电子设备可靠性试验现状、有限元理论基本概念和应用方法以及有限元在电子设备可靠性试验的工程运用现状等方面进行了综述分析.首先对有限元理论的基本概念、原理和主要应用方法进行了阐述.其次,结合有限元分析在航空电子设备加速可靠性试验的应用研究现状,总结了其优缺点.研究发现,有限元分析能较好地解决航空电子设备加速可靠性试验中试验成本高、操作复杂的问题,可以较好地完成对加速可靠性试验的仿真模拟.最后对有限元分析应用于航空电子设备加速可靠性试验的研究方向进行了展望,提出了将有限元分析与传统可靠性理论相结合的几点研究思路,为未来航空电子设备加速可靠性试验方法提供整体发展思路与建议.     

飞机结构腐蚀数值仿真模拟的研究进展

系统介绍了飞机结构腐蚀数值仿真模拟中应用较为广泛的元胞自动机方法、有限元方法、边界元方法,尤其是它们在点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀仿真的研究现状,并对各自方法的优点和缺点与适用的范围进行了阐述,以期对该领域的研究者提供一定的导向作用。     

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。     

航天器结构声振耦合问题的有限元-边界元方法数值仿真研究

针对高超声速、结构轻量化带来的航天器复杂结构声振耦合动力学环境难以精准预示问题,提出一种基于有限元-边界元(FEM-BEM)方法的声振耦合问题数值仿真方法。分析国内外求解声振耦合问题的主要数值仿真方法,从影响航天器性能设计的低中频声振耦合动力学特性入手,采用有限元-边界元方法,以航天器典型结构截锥壳为研究对象,开展混响噪声作用下的声振耦合研究。建立了声振耦合模型,获得了主体结构、主要支撑结构及设备的声振耦合响应。提出的数值仿真方法和仿真分析过程,为航天器声振耦合分析提供了理论基础和仿真手段。     

飞行器绕流流场脉动压力环境预示方法探讨

目的 预示飞行器绕流流场的脉动压力环境.方法 基于湍流理论,根据飞行器绕流流场脉动压力的产生机理、流动特征及其研究难度进行分析,从理论研究、风洞实验、数值模拟等研究手段探讨脉动压力环境的预示方法 ,并考虑工程问题中飞行器绕流的高马赫数、高雷诺数特征,对比不同研究方法 的优劣.结果 风洞实验是获取飞行器脉动压力环境的有力...     

某电子设备随机振动故障分析

目的 探究某批次电子设备随机振动环境筛选试验中故障发生原因.方法 首先对电子设备环境试验初步分析,确定设备螺钉点布置合理,结构本身无明显缺陷,但试验夹具可能导致振动载荷放大.通过Abaqus有限元软件仿真分析电子设备失效情况,同时开展试验确定振动夹具的固有频率,并绘制电子设备实际所受随机振动功率谱密度曲线,以该功率谱密度曲线为输入,开展有限元仿真,验证失效模式,并在此基础上完成故障复现试验,制定相应的改进措施.结果 有限元仿真得到电子设备3Sigma应力为22 MPa,在结构强度容许范围内.通过试验确定振动夹具固有频率与电子设备前两阶模态频率重频,发生共振,导致激励被放大,电子设备存在过考核,从而发生破坏.以设备实际所受功率谱密度曲线为输入条件,仿真得到3Sigma应力为52 MPa,超过焊接强度极限,导致焊点失效破坏.为进一步验证失效原因,使用原振动夹具完成故障复现试验,并改进试验夹具开展对比试验.结论 随机振动试验夹具的设计,应避免夹具固有频率与电子设备重频,从而导致设备破坏,合理选择设计夹具能有效避免电子设备遭受过考核.     

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。     

气囊回收系统的着陆适应性仿真分析

目的提出一种气囊着陆缓冲等效分析方法,将有限元仿真和理论分析相结合,借助理论分析的优点实现对气囊回收系统着陆缓冲冲击性能快速评估的目的。方法首先建立气囊有限元模型,通过有限元分析获得载荷-压缩量曲线,根据曲线拟合出接触载荷与气囊压缩量的关系式。同时,利用高斯函数模拟斜坡,考虑一质量块和气囊以一定初速度竖直向下撞击到该坡面上,只考虑坡度大小和表面粗糙度对气囊冲击载荷的影响。最后,利用中心差分法计算出质量块的位移、速度以及加速度。结果在撞击点的坡度为0°,20.27°和31.24°时,得到理论的水平方向和竖直方向上的最大过载,与仿真输出的结果进行对照,在误差允许的范围内,理论与仿真结果一致。分析比较不同撞击点的坡度下水平和竖直方向最大过载以及气囊离开地面时的角速度。当撞击点坡度为0°时,水平方向最大过载为0,随着撞击点坡度增大,水平方向的最大过载逐渐增大;竖直方向最大过载的值最大,为224.5 m/s2,随着撞击点坡度增大,竖直方向的最大过载逐渐减小。当撞击点坡度为0°时,角速度为0,气囊离开地面时的角速度逐渐增大,其增幅在0°到20°之间较大。结论气囊着陆缓冲等效分析方法计算得到的结果与仿真得到的结果相一致,验证了该理论计算方法的有效性,因此可以利用该方法对缓冲气囊的冲击性能进行快速评估。     

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。