大型航天器结构-控制-光学一体化建模与微振动响应快速计算方法

目的控制大型航天器一体化模型的计算成本。方法分别使用状态空间法和附加刚度法建立结构-控制-光学一体化模型,并求解微振动响应。使用稀疏矩阵LU分解法和迭代法求解线性方程来加速微振动响应的求解速度。结果对某大型航天器建立一体化模型,并求解微振动响应,总耗时10.35 s,其中使用迭代法计算2794个频率点耗时7.20s,使用稀疏LU分解法计算6个频率点耗时3.15s。结论数值算例证明了该方法的高效性,是适用于实际工程中大型航天器微振动预示的高效算法。     

转子-轴承-干气密封系统振动响应及结构优化

目的为了提高干气密封系统在运行工况下的稳定性,对密封螺旋槽槽型参数进行优化。方法根据转子-轴承-干气密封系统轴向振动动力学模型,建立双自由度振动方程。在特定的工况下,通过Maple软件多次拟合求解气膜非线性方程,得到气膜轴向刚度和阻尼。运用MATLAB软件中的龙格-库塔法对三阶的非线性振动方程数值求解,绘制不同螺旋角度下的时间历程图和相图,分析对比不同螺旋角度下静环的振动位移。结果从螺旋角度与静环振动位移的关系得出,当α=74.53°时,静环振动位移最小,其最大振幅为7μm,最大振速为7μm/s;当α=73.78°时,静环振动位移最大,其最大振幅为16.5μm,最大振速为17μm/s。改变螺旋角度可以调节和减小静环的振幅。结论在考虑叶轮转子的气动力和轴承油膜力的干气密封系统下,螺旋角度的增加能够提高系统运行的稳定性,增加螺旋角度(0.5°~0.6°)使得动静环的追随性最佳,对干气密封结构的设计提出了指导。     

民用飞机机体连接结构动刚度计算分析及试验验证

目的通过分析和试验得到民用飞机机体连接结构动刚度。方法通过理论分析,得到动刚度的推导公式,并运用有限元分析软件进行频响分析,进而得到连接结构动刚度。运用锤击法得到动刚度试验数据,并进行试验验证。结果试验结果受信号衰减的影响,低频范围内较难得到静刚度结果,但可以通过分析模型得到。试验刚度结果开始波动较大,但在高频范围趋于稳定,最终稳定在分析刚度值左右。当动刚度分析结果受频率影响变化不大时,可以采用动刚度分析均值来作为不同频率下的刚度值。结论通过频响分析得到民用飞机某种结构的动刚度变化曲线,并通过动刚度试验进行了试验验证,分析对比结果表明,有限元分析可以较为准确地得到机体支持结构动刚度,并用于工程实际。     

考虑滑移的锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度模型

对锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度退化的影响因素进行了研究,采用刚度解析法对粘结性能退化后偏压构件的截面刚度进行了理论分析,引入了锈蚀钢筋滑移的粘结退化综合影响系数,建立了考虑滑移的锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度的计算模型。经试验验证,模型的抗弯刚度计算值与试验实测值结果吻合较好,故模型计算值可为锈蚀混凝土偏心受压构件性能的评估提供参考。     

局部断层场地对平面SV波的散射

借助Wolf的土层和半空间精确动力刚度矩阵及斜线荷载的格林函数,利用间接边界元法在频域内求解了局部断层场地对SV波的散射,着重分析了破碎带较窄断层两侧围岩动力响应的基本规律,以及场地动力特性对散射的影响.研究表明,破碎带断层对SV波有显著的影响,即使破碎带很窄,也可以对SV波产生很大的放大作用;层状场地的动力特性对放大作用有显著的影响.     

内爆炸下肋环型球面钢网壳的泄爆阈值研究

利用有限元软件LS-DYNA建立包含TNT炸药、网壳杆件、梁、柱、地面、围护结构(墙面和屋面)以及连接构件在内的单层肋环型球壳在内部中心爆炸下的数值模型。基于该模型,计算分析TNT炸药量和连接构件抗拉刚度的变化对墙面和屋面破坏模式的影响。将墙面和屋面的破坏模式进行归纳分类,通过提取围护结构表面有限测点的冲击波压力,得到不同破坏模式下结构的极限冲击波超压值ΔPlimf(泄爆阈值)。研究结果表明:连接构件抗拉刚度和TNT炸药量对墙面和屋面的破坏有较大影响,TNT炸药量一定时,连接构件抗拉刚度越大,围护结构破坏程度越低;基于墙面和屋面的破坏模式所建立的泄爆阈值与连接构件抗拉刚度的变化范围可为工程泄爆设计提供有效参考。     

临近空间环境对飞艇蒙皮织物材料力学性能的影响研究

目的研究飞艇蒙皮材料在临近空间环境下的力学特性。方法根据临近空间环境的特征参数,制定空间环境地面模拟实验方案,包括高低温、紫外环境和臭氧环境下地面模拟实验方案。然后以聚氨酯涂覆Nylon织物为例,研究临近空间环境对飞艇蒙皮材料力学特性的影响,并通过红外红外光谱和原子力显微镜研究其影响机理。结果与未经高低温循环相比,弹性模量增加了11%,拉伸强度的最大变化不超过5%;经过48～240h紫外线辐照后,弹性模量提高了22%～34%,拉伸强度几乎没有变化;通过臭氧老化后,材料弹性模量的增加幅值约为6%,拉伸强度逐渐降低。结论紫外辐射对于聚氨酯涂覆Nylon织物材料弹性模量的提升效应大于高低温和臭氧老化,但对其强度的影响明显小于高低温和臭氧老化,臭氧老化对材料强度影响大于高低温和紫外辐射。     

反应位移法中地基弹簧刚度系数求解方法对比研究∗

反应位移法是目前地下结构抗震设计中应用最为广泛的简化方法之一,其中的一个关键参数是结构周围弹簧刚度系数。基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)中简化的静力有限元法,进行了不同加载形式的静力有限元刚度法和柔度法计算弹簧刚度系数,将其计算结果应用于反应位移法与严格的动力时程计算结果进行对比研究。结果表明:不论静力有限元刚度法还是柔度法,除水平竖直加载方式外,其余的加载方式确定的地基弹簧系数对反应位移法计算的结构变形及内力影响较小。考虑计算次数,可以采用刚度法和柔度法中的径向切向和径向环向一次加载方式对静力有限元法进行简化计算。     

一种新型的MR隔震减振支座及其剪切性能试验研究

基于磁流变(MR)智能材料的减振器技术的研究可以为实现工程结构隔震减振自适应控制开辟一条新的途径。设计加工了一种新型的分体式MR隔震减振支座,并对该隔震减振支座的剪切性能进行了试验研究。新型MR隔震减振支座包含MR塑性体工作单元和MR弹性体工作单元,其中MR塑性体提供小位移工况时的刚度和阻尼,MR弹性体提供大位移工况时的刚度和阻尼。结果表明:新型MR隔震减振支座的剪切刚度随着工作电流强度的增大而增大,相较无电流工况,电流强度为2A时等效剪切刚度相对变化率可达到50%以上;无电流输入时支座中基体及普通填充橡胶仍可提供一定阻尼力,能够有效吸收振动能量,达到中高阻尼橡胶支座的性能;竖向压应力提高了新型MR隔震减振支座的剪切刚度;小位移时加载频率的降低对新型MR隔震减振支座的剪切刚度有增益效果。该新型MR隔震减振支座可以适用于震动荷载工况复杂多变,需要严格控制大位移变形的隔震结构物。     

考虑地基刚度分区的能源支护桩有限元模拟北大核心CSCD

能源支护桩在工程实践中已有应用,但国内外相关研究甚少。以雄安城市计算(超算云)中心能源支护桩的应用为背景,使用COMSOL Multiphysics软件对深基坑桩锚支护结构进行了基坑开挖和变温过程的有限元模拟。在开挖模拟中通过对比模拟结果和现场实测数据,优化了模型参数设置,提出了同时考虑回弹区土体的卸载状态、剪切区土体的小应变刚度以及土体刚度随深度增加而增大的“地基刚度分区”建模思路;在基坑开挖模拟的基础上,研究了不同温度荷载对支护桩变形和内力的影响,并对如何在工程设计计算中考虑温度荷载对支护桩的影响提出建议。结果表明,考虑地基刚度分区的建模方法能有效优化基坑开挖线弹性模型的模拟结果,温度荷载对支护桩的变形和内力影响较小,工程设计时可以忽略。