球形陆基充气天线反射面初始形态的确定

利用有限元软件ANSYS及其参数化语言APDL建立了球形陆基充气天线反射面模型.结合抛物面的边界及受力特点对模型进行了逆迭代分析,得到了天线反射面的初始形态.分析结果表明,逆迭代法效率较高,经过少量迭代次数便可得到精度较高的初始形面.     

抛物面天线反射面参数化建模与热变形优化分析

为更好地分析卫星在轨运行期间天线主反射面热变形对天线性能的影响,应用PCL,对MSC.PATRAN/NASTRAN进行二次开发,将参数化建模、抛物面拟合、型面精度分析引入有限元计算,并对某大口径复合材料天线主反射面在均匀温度场下的热变形进行了数值模拟,优选出合理的铺层方式,获得了变形后的天线性能指标.研究结果表明:数值模拟探索出适合于在轨卫星天线减少热变形的铺层设计方法,所获变形值、抛物面拟合参数、型面精度误差等结果符合设计要求,为复合材料天线主反射面的设计应用提供了依据,同时解决了通用CAE软件无法预估热变形对天线性能影响的问题.      

高胎压下机场环氧沥青道面结构动力响应分析

新一代飞机(B787和A350/380)轮胎充气压力普遍达到了1.5 MPa,这进一步加剧了重载高胎压对沥青道面结构响应的影响,而热固性环氧沥青混合料因其优异的力学性能成为重载高胎压条件下的理想选择.基于ABAQUS建立了考虑竖向接触应力不均匀分布的机场环氧沥青道面结构动力响应三维有限元模型,并利用现场足尺加速加载试验结果对模型进行了验证.在此基础上,就接触应力分布、轮胎充气压力大小、温度场分布和道面结构材料特性等因素对道面结构响应的影响进行了分析.结果表明:不均匀接触应力增大了道面结构响应量;重载高胎压条件下,从减少车辙和开裂的角度而言,环氧沥青铺装材料较沥清玛蹄脂混合料具有更好的适用性,但要注意防止中、下面层的塑性变形累积和环氧沥青层底的弯拉疲劳开裂.     

基于NURBS的反射面天线结构和辐射性能分析

大型反射面天线在各类结构载荷作用下会发生变形，从而影响其电磁性能，一般通过机电耦合分析来评估力学载荷对电磁性能的影响.针对传统机电耦合分析存在的模型异构、网格转换过程繁琐、几何精度损失，进而导致的分析效率低和效果差的问题，本文提出了一种采用非均匀有理B样条（NURBS）进行几何建模、结构计算及电磁分析的机电耦合分析框架，通过案例证明了本方法的便捷性和高效性，为计算结构载荷作用下的反射面天线辐射方向图和天线机械误差研究提供了有力的工具.     

基于超声波的气液两相分层流液膜厚度及流量的非介入测量

传统液膜厚度测量方法会干扰液膜流动进而引发测量偏差,为了克服传统测量方法的不足,提出了采用超声多普勒进行非介入式测量液膜厚度的新方法,通过超声多普勒流速仪测量气液界面回波信号,通过反射回波识别气液界面测得液膜厚度,通过对液膜速度分布曲线进行积分,还可获得液相质量流量。在气液两相流实验环道上开展了测试,液相折算速度范围为0.027~0.066 m/s,气相折算速度范围4.85~15.81 m/s。实验表明:液膜厚度的分辨率0.01 mm,液膜厚度最大测量误差4.32%,液膜质量流量最大误差5.0%。     

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.     

马鞍面件柔性夹钳多点拉形实验与数值模拟

为了扩展柔性夹钳在板材多点拉形中的应用,对马鞍面件进行了柔性夹钳多点拉形实验.实验结果显示,工件被夹持边缘且呈曲线性,验证了柔性夹持技术的可行性.通过标记圆法测量了各标记圆拉形前后的厚度和长度方向的直径;对马鞍面件柔性夹钳多点拉形过程进行数值模拟,通过模拟结果发现离散夹钳实现了柔性夹持,并且成形件的应力、拉伸应变和厚度分布均匀.实验值和模拟值的对比结果表明,各标记圆长度的拉伸率分布趋势一致,最大偏差为0.21％,而且各标记圆厚度减薄率的分布趋势也基本一致,最大减薄量偏差为0.02 mm,从而验证了数值模拟的正确性和柔性夹钳拉形机的实用性.     

结构参数对离心喷嘴出口液膜厚度的影响

应用基于VOF的界面跟踪方法和realizable k-ε湍流模型分析了喷嘴出口结构参数对出口液膜厚度的影响规律,并将数值结果和试验数据进行对比,证实了模型的可靠性.结果表明:在喷嘴出口处液膜以环状形式分布,中间有一空心气锥,空心气锥半径越大,液膜越薄,并且随着流量的增大,液膜的破碎长度减小;喷嘴出口扩散角越大,喷嘴出口处液膜越薄,液膜破碎长度越短;喷嘴出口直径越大,液膜破碎长度越长,但液膜厚度不稳定;喷嘴出口直管段越长,液膜破碎长度越短,但对液膜在喷嘴出口后期发展的影响不是很大.     

基于非均匀分布微结构的柔性压力传感器性能调控

[目的]为了适应柔性压力传感器面向特定应用的定制化设计需求,提出一种基于非均匀分布微结构的电容式柔性压力传感器,开展传感器性能调控研究.[方法]首先,基于敏感层微结构非均匀分布方式,提出一种灵敏度预测模型,并通过与实际测试结果的对比分析,验证模型的正确性.其次,研究当介电层微结构为微圆台时,不同微圆台顶面半径、高度、底面半径等几何参数以及次级微结构对传感器灵敏度和线性范围的影响.最后,基于该调控方法制备了综合性能良好的多级非均匀微结构分布的柔性压力传感器,进行性能测试与应用测试.[结果]非均匀分布微结构柔性压力传感器的灵敏度与微结构的分布及几何参数密切相关.通过对微结构分布的调控可筛选出具有最优灵敏度的传感器,对敏感层微结构几何参数的调控可实现对柔性压力传感器性能的调控.[结论]该性能调控方法对面向特定应用的传感器定制化设计具有一定的指导价值.     

绳索长度误差对索网天线网面精度影响的分析方法

为分析绳索长度制造误差对索网天线网面精度的影响,提出了一种整体坐标迭代算法.该算法模拟了索网结构的自由节点在考虑绳索随机长度误差后向其他平衡状态运动的过程.分别使用该算法和有限元法分析了一个环形桁架天线计算模型,并将这两种算法的计算结果做了对比,验证了该算法的正确性、可行性和有效性.使用整体坐标迭代法分析了不同的误差分布、绳索长度公差和绳索预张力对网面精度的影响,并对网面综合误差与绳索长度误差、绳索预张力的关系进行了拟合分析,得到了满足工程需求的拟合关系式.     

点位分布与椭圆拟合精度关系研究

椭圆边界点的分布与椭圆定位精度密切相关,如果点位分布恶劣,就会对椭圆定位的精度产生较大的影响,甚至是错误结果.为了探究定位精度与分布关系规律,对同一椭圆地物采集了2组数据,每组数据用16个方案进行拟合.结果表明,观测点均匀分布在整个边界上时精度较高;若分布在一侧,误差不可忽视,面积误差尤其不能忽视;若分布区域不超过四分之一,拟合结果误差很大,甚至得到错误结果.     

非均匀风速下翅片管换热器冷剂流路稳健设计

非均匀风速分布对翅片管换热器的性能影响显著.采用EVAP-COND软件,针对R22和R410A两种制冷剂,在空气进口状态、流量、换热器的几何结构尺寸相同的情况下,研究了4种典型的不均匀风速分布形式及风速不均匀度对热泵空调中冷凝和蒸发两用换热器性能的影响,并对比了三种不同流路布置的换热器性能,结果表明:蒸发器性能受不均匀风速分布的影响比冷凝器更显著,且风速不均匀度越大,换热器的性能越差;通过优化换热器的流路布置可以明显提高换热器的性能.提出一种全交错型流路设计,显著降低了风速分布变化对换热器性能的影响.     

风速分布对双排管两流路蒸发器性能影响的模拟研究

利用EVAP-COND软件计算分析了风速均匀分布以及风速呈下三角、上三角、中三角分布对双排管两流路蒸发器性能的影响,结果表明:风速分布越均匀,蒸发器的换热量越大,风速呈中三角、上三角和下三角分布时蒸发器的换热量分别比均匀分布时小8.5%、34.3%和35.3%;风速非均匀分布使两支路的风量不同,导致总传热系数减小,从而使得蒸发器的换热量减小;两支路的风量差别越大,制冷剂出口状态差别越大,制冷剂流量就越小,蒸发器的总换热量也就越小;风量大的支路易产生逆向传热现象,这更加恶化了蒸发器的传热性能,而空气温度低于制冷剂温度是逆向传热产生的原因;风速非均匀分布时,支路数对蒸发器的性能影响非常显著,存在着使蒸发器换热量最大化的最佳支路数.     

硅臂加工误差对微靶装配精度的影响研究

为预测加工误差对微靶装配精度的影响,开展了加工误差对硅臂刚度及应力分布的影响研究. 基于PRO/E逆向工程对实际加工的硅臂样品建模,并搭建实验平台,建立微力与微位移关系的数学模型. 采用仿真与实验相结合的方法,对硅臂存在加工误差与无加工误差的情况下的刚度进行对比,定量预测微靶的装配精度. 研究表明为提高装配精度,必须充分考虑装配力和形位误差形成的非线性误差和非均匀应力场的影响.      

海水润滑滑靴副的仿生凹坑表面动压润滑性能仿真研究

为探寻仿生非光滑表面在高压海水轴向柱塞泵滑靴副上的应用效果,将不同形状凹坑布置在斜盘表面,采用CFD方法对非光滑表面滑靴副全水动压润滑模型进行数值模拟,通过分析水膜上表面的压力分布、凹坑纵截面的速度分布,探寻仿生凹坑的动压润滑机理及凹坑几何参数对承载特性的影响规律。研究结果表明:水膜上表面最大正静压位于凹坑前缘,最小负静压位于凹坑中心;最大动压位于凹坑上方,且随凹坑分布圆半径的增大而明显增大;总压承载力主要来自于动压的贡献,4种凹坑承载力由大到小依次为F球F圆柱F柱锥F圆锥;承载力随凹坑面积率的增大而增大,摩擦系数随凹坑面积率的增大而减小,且深径比越大,这种增大或减小的趋势越明显。     

膜盘联轴器纯扭转应力应变的一种解析解法

由于膜盘联轴器壁厚极薄,工作时变形较大,非线性较明显,运用小变形条件下的弹性力学方法求解应力应变会有较大误差.考虑到联轴器纯扭转的轴对称性及膜盘轮缘轮毂厚度远较盘面厚度大等特点,可假设膜盘轮缘与轮毂完全刚性,膜盘盘面圆半径变形前后不变并运用其他通用的力学假设,就可对大变形纯扭转条件下膜盘联轴器的应力应变进行分析求解,得出任意膜盘型面应力应变的分析解.对双曲线型、梯型及等厚度型三种典型的膜盘型面的计算结果表明:双曲线型面是膜盘抗扭的理想型面,其应力分布完全均匀,无应力集中现象.对双曲线理想型面的偏离越大,膜盘应力越向内缘集中,变形加大.这为膜盘联轴器的设计提供了重要的理论依据.     

基于倾斜摄影的混凝土3D打印成型精度分析与预测

混凝土3D打印技术是一项新型的增材制造技术,为了实现采用混凝土3D打印技术来快速打印高质量的成型构件,综合利用迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法和倾斜摄影测量技术来分析3D打印构件的整体偏差、局部边界偏差和圆弧角半径,并根据整体偏差和边界偏差对成型精度及可建造性进行研究,最后利用边界偏差和圆弧角半径对打印模型进行预测。结果表明：在混凝土3D打印配合比为水泥∶砂∶粉煤灰∶减水剂∶混凝剂∶水=1∶1.12∶0.09∶0.004∶0.006∶0.32,打印速度V_d为45 mm/s,最佳挤出速度V_j为138 mm/s时构件成型精度最高;对倾斜摄影模型拟合对齐,并对其具体位置偏差标注色谱图,可知混凝土3D打印构件在第4层时压缩变形较大,可建造性较低;利用预测模型与混凝土3D打印实体构件进行拟合,可知预测模型与基准模型相比误差约1 mm,验证了所提方法及预测模型的合理性。     

考虑坡顶超载情况下的边坡剪胀效应分析

为了研究剪胀角ψ对边坡稳定性的影响,利用FLAC3D软件建立均质边坡模型,分析不同工况下ψ与安全系数F和滑动面之间的关系.研究结果表明:无坡顶超载p时,随着ψ的增大,F表现出先增大后减小的二次抛物线样式,滑动面上缘与坡顶的距离越来越小;随着内摩擦角的增大,由关联与非关联流动法则得到的安全系数的差值同样符合二次抛物线规律;有坡顶超载p时,随着p的增大,由非关联流动法则得到的F逐渐减小;内摩擦角增大引起ψ对F的影响不断滞后;p越大,滑动面越陡,上缘越靠近坡顶.     

人字齿轮小轮轴向窜动的多目标复合修形优化

为了改善人字齿轮左右齿面载荷不完全对称引起的齿面偏载和振动问题,研究了人字齿轮小轮轴向固定和轴向窜动对齿面载荷分布的影响,提出了一种人字齿轮复合修形设计方法。根据齿面偏载情况,通过齿向补偿修形优化实现左右齿面载荷均匀分布;在齿向补偿修形的基础上,叠加拓扑修形构建复合修形齿面,以承载传动误差幅值最小和齿面闪温最低为优化目标,采用NSGA-II算法确定最佳拓扑修形量。算例结果表明,仅小轮轴向窜动,虽然能使左右斜齿轮副载荷基本相等,但不能完全改善单个斜齿轮齿面偏载的状况。齿向补偿修形后,能够改善每一个斜齿轮齿面的载荷使其均匀分布。复合修形改善了齿面载荷分布,避免了边缘接触,大幅降低了承载传动误差幅值和齿面闪温。     

沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状更接近于矩形 ,且对路面的作用力也呈现出非均匀分布。采用三维有限元分析工具 ,分析了不同的沥青路面结构在不同车型及其不同荷载量、不同作用力分布形式下的力学响应分析。结果表明 :荷载的非均布特性对沥青路面结构的力学影响 ,要远大于均匀分布 ;从受剪特性来看 ,轻型货车对路面结构的影响 ,特别是当其超载时 ,是不容忽视的 ;路面结构的弯沉值并不能反映出路面结构的抗剪能力 ,相反 ,当路表弯沉越小 ,表现出路面整体强度越强时 ,其面层所承受的最大剪应力可能更大。