柔性飞艇主气囊干湿模态分析与影响因素

为了掌握柔性飞艇无约束状态下的模态特性,以25m平流层验证飞艇为基本分析对象,对其自振特性进行研究.根据充气膜结构的力学特点,基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力,利用兰索斯法进行模态数值分析.分析表明,影响柔性飞艇模态特性的主要因素为:壳单元与膜单元模型、拼接缝、不均匀质量分布、内外压差、尺寸、飞艇周围空气附加质量,且最后三者为重要影响因素;壳单元和膜单元模型频率相近且振型一致.对柔性平流层飞艇结构设计具有参考价值.     

基于有限元的软式飞艇主气囊动态特性分析

针对软式飞艇在飞行过程中的振动问题,采用有限单元法研究某型飞艇主气囊的动态特性。通过ANSYS建立主气囊的有限元模型,进行模态分析,计算低阶固有频率和分析主振型,然后给出各阶固有频率和压差的关系曲线。计算结果表明,主气囊自由振动时,刚度较小的尾部幅值较大,容易造成破坏;同时,固有频率随着压差增大而变大,为主气囊的动态响应进一步研究奠定可靠基础。     

考虑裁切效应飞艇囊体模型充气数值模拟与试验

为了研究飞艇囊体结构的力学性能,建立了考虑裁切效应的囊体缩比模型.首先进行了织物膜材的双轴拉伸试验,根据试验结果拟合出材料力学参数的应力响应面并编写了材料模型子程序.利用Abaqus模拟了囊体裁切过程,建立了飞艇囊体初始构型的有限元模型,并对囊体充气过程进行了数值模拟.最后设计并制作了飞艇缩比模型并进行充气试验,测量了不同内压下膜面的变形特征.结果发现:考虑裁切效应得到的囊体初始构型和理想回转体模型存在明显的差异;裁切模型膜面变形最大值误差在12%以内,并且随着内压的增大,模型分析误差逐渐减小;裁切效应在飞艇精细化建模分析中具有不可忽略的作用.     

飞艇柔性变形对气动特性的影响研究

软式飞艇在低充气内压和来流共同作用下,其整体结构刚度较小,应视为柔性体.飞艇所产生的柔性变形和流场之间的耦合已经成为大家越来越关注的问题.利用数值方法模拟了平流层飞艇外流场和柔性变形的非动态相互耦合作用,并通过风洞实验验证了所建薄膜体变形和流场数值模拟及气动载荷耦合计算模型的适用性.利用该模型进一步确定外流场作用下艇体柔性变形对总体性能的影响,对平流层柔性飞艇的工程应用具有一定的参考价值.     

平流层平台柔性飞艇结构弹性分析理论

基于工程弹性理论,对平流层平台柔性飞艇进行了结构分析.分别运用无矩薄壳理论和虚功原理推导了柔性飞艇应力和总体变形的计算式;将薄膜充气梁挠度计算式进行推广,运用叠加原理推导了柔性飞艇总体变形的解析表达式,计算结果验证了变形计算方法的正确性.给出了飞艇正常设计极限状态临界弯矩与最小气压计算公式.最后,对25 m验证飞艇进行计算,得到了浮心、重心等参数,进行了柔性飞艇的最小压力设计,讨论了飞艇承受的弯矩及其作用下的变形,为验证飞艇的设计提供依据.     

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力,蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。本文提出了一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算了和分析了光伏电池的转化效率,吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率,发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大：吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2K,光伏电池最高温度升高约29.8K;发射率0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3K,光伏电池最高温度降低约50.2K。本文计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。     

悬索桥主塔纵向稳定的实用计算

根据悬索桥主塔从裸塔、主缆施工、主梁吊装到成桥不同阶段的受力特点，将悬索桥主缆对主塔的约束作用简化为不同等效约束刚度的弹簧，利用静力法推导了带有弹簧约束的主塔模型稳定临界力计算公式，并给出中、边跨主缆约束刚度的计算公式及主缆对塔约束刚度的计算方法。针对不同阶段的主缆约束刚度，该计算公式能在裸塔及主缆约束刚度无穷大时与悬臂压杆、一端铰支一端固定压杆的稳定计算公式相吻合，表明该计算公式较准确地反映了悬索桥施工、成桥各阶段主缆对主塔的约束作用和计算公式的正确性。算例表明该方法简便易行。     

一种飞艇囊体结构分析方法

飞艇是典型的充气薄膜结构,对结构内应力、变形等的准确预测是这里结构设计的关键问题。基于有限元分析软件NASTRAN,提出了一种飞艇囊体结构仿真分析的方法。给出了飞艇模型的建立、网格的划分、约束施加和载荷处理等过程。通过对某飞艇模型在俯仰和转弯两种工况下的分析计算,得到飞艇囊体应力和应变分布,结果与实际情况符合较好。为飞艇囊体的设计提供了参考依据。     

考虑蒙皮透射率的飞艇热力学模型及其热特性

以平流层飞艇为研究对象,在考虑飞艇表面蒙皮的透射特性以及内部填充气体对辐射的吸收率与发射率的基础上,推导出飞艇表面蒙皮及内部填充气体的热力学方程.通过有限拆分法建立了考虑蒙皮透射率的飞艇热力学仿真模型,并分析比较了典型蒙皮材料下飞艇的热力学特性.通过将飞艇外形建模和表面离散化处理,针对每个单元和内部填充气体进行瞬态热特性数值计算,分析了仿真模型中网格划分及时间步长对计算结果的影响.通过相关实验数据对所建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行了验证,分析比较了不同特性蒙皮材料的飞艇热特性及其变化规律.     

具有柔性关节的四足机械腿设计与分析

为解决四足机器人驱动单元功率密度低的问题,借助串联弹性机构的能量放大作用,设计出一款具有串联弹性、适用于四足机器人腿部构型的电驱动柔性关节,并据此柔性关节设计制作了具有柔性特性的四足机器人单腿样机.为研究柔性机械腿能量运用情况,提出一种简化的柔性单腿跳跃模型,对单次跳跃过程中从屈膝静止到跳离地面过程建立了运动学微分方程,应用解析法进行求解,分析了串联弹性能量放大作用在足式机器人中的应用,同时通过分析驱动单元功率曲线,揭示了能量放大实现机理.利用足式机器人单腿垂直跳跃实验平台完成单腿样机跳跃过程的初步实验,验证了柔性在四足机械腿中的能量放大作用.     

薄膜充气梁模态分析方法及特性研究

薄膜结构模态特性是研究其动力性能的基础,本文首先根据柔性薄膜结构受力特点,考虑大变形、初始预应力刚化几何非线性效应,通过小杨氏模量法找形分析得到平衡形态,继承其位形与初始平衡应力,然后采用分块兰索斯法对薄膜充气梁模态进行数值计算分析,考察了影响薄膜充气梁模态特性的主要因素：压力、薄膜厚度、管径（长细比）。提出薄膜结构湿模态概念,考虑外流场对薄膜充气梁的耦合作用,分别采用拟密度法和流固耦合法计算了薄膜充气梁的湿模态,通过与干模态的比较验证了外流场对薄膜充气梁的耦合效应。     

多约束下轨道飞行器备件配置方案建模与优化

针对航空类装备携带备件方案的确定需要综合考虑多项约束指标因素的特点,以轨道飞行器飞入太空随行备件携带方案优化配置为研究背景,在费用、质量及体积3项指标约束条件下,以所有备件期望短缺数总和最小为目标函数,建立了备件配置方案的优化模型.通过设置初始因子初值求出备件初始配置方案,同时引入拉格朗日乘子将各项约束因子转化为保障资源约束因子,采用边际效应法求解并对模型进行优化.最后,对6种方案计算结果进行比较得出备件配置最优方案,并通过实例分析,证明了该方案的科学性和有效性.     

计及铰链间隙的机械臂动力学建模与仿真

工程中的机械多体系统都存在铰链间隙问题,铰链间隙使系统的约束条件、自由度数目和拓扑结构发生变化.根据Hertz接触定律和Coulomb摩擦定律,建立了含间隙平面旋转铰的力学模型;采用几何变形约束法和模态缩聚技术描述了柔性机械臂的非线性变形;同时考虑两个旋转铰的间隙特性和柔性臂的弹性,最终采用Kane方程建立了含铰链间隙的刚-柔机械臂系统的动力学模型.以Mathematica软件为编程工具.对含两个铰链间隙的双刚性臂系统进行了仿真计算,得到了更加真实的动力学响应.     

轻于空气的飞艇纵向运动的分析及仿真

介绍了我国自主研制的轻于空气的飞艇，给出了其线性化的纵向运动状态方程。在此基础上，对该飞艇的纵向扰动运动进行了稳定性和能控性分析，指出其是不稳定的，但完全能控。将飞艇的纵向扰动运动分成3个特征模态，以便于清晰地分析其运动特性。     

C型波纹管的非轴对称自振频率

C型波纹管是一种重要的柔性连接和补偿元件。为了了解波纹管的动力学特性 ,基于 Novozhilov薄壳理论 ,用有限元法建立了 C型波纹管非轴对称自由振动的广义特征值问题。选取两结点非协调曲边旋转壳单元作为离散单元 ,解决了 C型波纹管因子午线曲率有突变而在求解上造成的困难 ,将所有相关变量沿其环向进行了 Fourier展开 ,得出了任意子午线形状的波纹管在任意环向谐波时的特征值 ,并对两种端部条件下的 C型波纹管进行了特征值分析     

面向产品族配置的约束网络模型及配置方法

针对面向产品族的产品配置问题,建立了客户需求族模型,引入了需求元与配置元的概念;构建了需求元与配置元之间以及配置元与配置元之间基于特征属性匹配的约束网络模型。按需求元权重依次进行约束传播,通过预处理技术缩小与需求元有约束关系的配置元值域空间,减小了配置求解的搜索空间,采用非二元弧一致回溯算法对于未确定的配置元进行约束求解,得到满足客户需求的配置结果集。以某底盘产品的配置设计实例验证了该方法的有效性。     

基于扩展单元插值法二维弹性问题的边界元法分析

本文把一种新型的插值方法-扩展单元插值法,用于二维弹性问题的边界元法求解。扩展单元是在原非连续单元两端添加虚节点,将非连续单元变成阶次更高的连续单元。原非连续单元的内部点被称为源节点,其形函数用来构建源节点和虚节点之间的关系,被称为RawShape。扩展单元的形函数是由源节点和虚节点构造,用于边界物理变量的插值, 称之为FineShape。扩展单元继承了连续和非连续单元的优点,同时克服了它们的缺点;既可以插值连续场,也可以插值非连续场,在不改变方程自由度的前提下(边界积分方程只在源点处配置),把插值精度提高了至少两阶,最大限度的发挥了边界积分方程试函数可以不连续的特性。最后通过数值算例来验证本文方法的精度和收敛性。