考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用。为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式。这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形。为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形。虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效。为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析。研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形。     

固定管板式热交换器应力分析

 管壳式热交换器因其可靠性高、适用性广泛成为很多工业部门中应用最广的热交换器。常规设计采用GB 151—1999《管壳式换热器》中当量等效近似方法,该当量等效力学模型和实际结构存在较大差异,尤其对于大型高参数热交换器,若无法应用常规设计方法,必须进行分析设计。有限元方法是最常见的分析设计方法。本文应用ANSYS通用有限元软件,对某实验台用热交换器建立了有限元模型,模型分别采用实体单元和梁、壳单元对固定管板式热交换器的壳体、管板和换热管所构成的固定连接结构进行了应力分析研究,以及温度载荷和压力载荷同时作用下的有限元分析。在实验台上进行与有限元分析中引用载荷相同的温度和压力载荷进行实验,并将实验结果与有限元分析结果进行比较,研究表明采用梁、壳单元或实体单元均能获得较精确的结果。考虑到热交换器的建模难度、工程精度需求和计算时间,对于大型高参数热交换器有限元分析采用梁、壳单元进行模拟,既可保证计算精度,又可降低建模难度,是切实可行的处理方法。     

一种小口径自动炮复合型减后坐技术研究

提出了将高效的膛口制退器、时延式喷管气流反推减后坐装置和新型阻尼可调高吸能缓冲器3者有机结合的复合型减后坐力技术,实现大幅度降低小口径自动炮连发射击时的后坐力.建立了该自动炮复合型减后坐刚柔耦合数学模型.经过仿真分析,计算结果曲线与试验曲线基本相符.试验数据表明,复合型减后坐力技术能够有效使自动炮后坐力显著降低.为今后低后坐身管武器的研究提供了理论依据和应用参考.      

柔性管侧向屈曲失效数值模拟及敏感性分析

以基于细长杆理论曲梁单元建立柔性管有限元模型,对柔性管侧向屈曲进行非线性有限元分析;采用等效螺旋钢缆模拟整个抗拉伸层;运用非线性弹簧单元、接触单元和欧拉梁单元模拟其他层作用;考虑湿环境下弯矩和轴向压力共同作用;分析了柔性管侧向屈曲载荷、模态和屈曲后应力对于屈曲载荷的影响;进行了参数敏感性分析.运用Matlab程序语言根据解析解公式建立程序.将数值模拟结果与已有文献结果和解析解结果进行对比,验证了曲梁方法的可行性.结果可为柔性管设计中的出曲校核提供数值模拟方法.     

连续墙梁的非线性有限元分析

由于墙梁受力情况复杂,在墙梁结构设计过程中,以有限元分析为基础是十分重要的.采用单元整体式模型、非线性材料本构关系及分布裂缝模型建立连续墙梁非线性有限元模型,并将计算结果与试验结构进行比较,二者吻合较好,说明此模型可以为墙梁结构的设计提供有限元基础分析.     

某自动炮变射速和新型摩擦阻尼缓冲器参数对后坐力的影响研究

为了分析变射速和不同摩擦阻尼缓冲器参数条件下炮身所受的后坐力大小,以某小口径自动炮为研究对象,提出了1种新型摩擦阻尼缓冲器。建立了该炮的刚柔耦合动力学模型,通过仿真对比了4种不同射速和3种不同摩擦阻尼缓冲器参数时的炮身运动规律。仿真结果表明,合理匹配自动火炮的射速和摩擦阻尼缓冲器参数,能使小口径自动炮的后坐力得到显著降低。     

舰船推进轴系动力学建模及冲击响应分析研究

为了探究在冲击载荷作用下的轴系冲击响应特性,在对某舰船推进轴系系统组成特点和喷泵、齿轮和联轴器等元件进行分析的基础之上,建立了三维有限元模型和有限梁单元模型;同时根据梁单元和冲击理论,推导得到有限梁单元模型对应的冲击响应运动方程.分别采用有限元法和数值分析方法,对轴系两种模型进行模态计算与分析;同时对轴系进行冲击载荷响应计算与分析,由于有限元模型可以采用参数化建模,可以替代有限梁单元模型的简化及迭代计算过程,提高了轴系在设计阶段轴系抗冲击载荷的模拟仿真计算的效率.     

纵向非均匀锈蚀梁的非线性有限元分析方法

针对实际工程中存在的受拉钢筋纵向非均匀锈蚀梁,从锈蚀钢筋混凝土本构关系入手,对锈蚀梁结构性能退化和破坏特征进行分析.建立锈蚀梁有限元模型,钢筋单元采用三维杆单元,混凝土单元采用8节点实体单元,钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元.利用大型有限元ANSYS分析软件,对纵向非均匀锈蚀梁的受力性能进行模拟,模拟结果与其他非线性分析方法结果类似,说明采用非线性有限元方法分析纵向非均匀锈蚀梁受力性能正确有效.     

金属拱形可缩支架极限承载力分析──U.L.列式增量平衡方程

本文将金属拱形可缩支架离散为三种基本单元,曲梁单位、直梁单元、可缩构件为弹塑弹簧单元,基于拖带坐标建立曲梁单元与围岩共同作用的Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程和地基上直梁单元Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程;并采用加权残值法消除曲梁单元薄膜力闭锁,剪切闭锁．为有限元计算拱形支架等的极限承载力及有限变形提供了理论理论．图５,参６．     

小口径自动炮FORC原理

武装直升机的出现和发展给自动炮后坐力提出了更高的要求，如何进一步降低小口径自动炮的后坐力是现代火炮技术研究中的一项重要课题。最佳后坐力控制原理（ＦＯＲＣ）是小口自动炮减小后坐力的一种新的理论和方法，该文在理论研究的基础上，分析了ＦＯＲＣ原理的特性，并以一种ＦＯＲＣ装置为例，利用系统动力学键合图理论建立了ＦＯＲＣ装置的动力学模型，进行计算机仿真，得到了其动力学过程的特性曲线，验证了ＦＯＲＣ原理的可行     

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

镀层材料热及力学特性对枪管寿命的影响

为研究枪管镀层材料性能对枪管寿命的影响,综合运用身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,提出了基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪为研究对象,基于有限差分法,对内膛涂镀铬、钽和氮化硅三种不同材料的枪管在10连发射击过程中的温度场分布、镀层内应力分布以及枪管寿命进行了数值计算,研究了镀层材料的热及力学特性对枪管寿命的影响.研究结果表明,镀层的热扩散系数、影响因子η及断裂长厚比是影响枪管寿命的几个关键性能,其中断裂长厚比对界面切应力和枪管寿命的影响最大,拥有较大断裂长厚比的镀层可以在射击过程中显著降低界面切应力,进而提高枪管寿命.      

复杂射击规范下枪管温度场数值分析与试验研究

针对复杂射击规范下射击过程中的瞬态热冲击引发的枪管寿命问题,建立了枪管1维瞬态传热的数学模型.基于能量平衡法和交替隐式差分格式（ADI）,推导了内节点及边界点的有限差分方程,并以某5.8 mm步枪枪管为对象,在经典内弹道数值计算结果的基础上,编程求解了连续射击150发弹过程中枪管的温度场分布.最后,采用红外热像仪对枪管外壁温度进行了测试,数值仿真结果与实验结果吻合度较高,验证了所建模型及采用的算法在复杂射击规范下的有效性.      

基于有限元的某型坦克炮身管模态分析

现代坦克炮往往通过增大膛压和加长身管来提高弹丸的初速和火炮的威力,但这些措施也使得坦克炮身管动力学性态发生变化,使其射击密集度超出可控的范围。因此,掌握坦克炮身管的振动特性并使其固有振动频率合理分布是坦克炮发射动力学研究的重要内容之一。本文在分析坦克炮身管振动对射击密集度的影响的基础上,建立了某型坦克炮身管的有限元分析模型,通过仿真计算得到了振动模态参数,验证了身管设计的合理性,为坦克炮身管的动力响应分析和进一步的结构优化设计提供理论参考依据。     

灰色系统理论在火炮内弹道性能变化量中的应用

为了研究火炮内膛质量状况与内弹道性能改变量之间的不确定相关性,提出采用灰色系统理论进行分析的方法,并建立了GM（1,N）计算模型,通过利用该模型对某大口径加农炮进行计算,结果表明：弹丸膛口速度计算值与实测值的相对差小于0.3 %,膛压的相对差小于2 %.     

有限段法在高炮发射多体系统动力学分析中的应用

用有限段法计算高炮身管的弹性变形,用基于Kane方程的Huston方法建立了某高炮7刚体18自由度的多体系统动力学模型,对高炮发生过程进行了数值仿真,计算得出的炮口角位移明显大于不计身管变形的5刚体10自由度模型的计算结果。2种模型计算出的炮箱后坐曲线是完全一样的,与实测的炮箱后坐曲线一致,证明了上述分析的正确性,为高炮精度分析提供了更严格的理论参考。     

膛内边界层计算的一种方法

该文采用了管内边界层流动的二维模型,研究了火炮身管内边界层流动和传热的数值计算。并且把身管内气流对壁面传热和管内热传导的解结合起来求解,以提供膛内传热分析中重要的壁温值和对流传热值,数值计算结果与文献报导较一致。     

短管炮模块装药两相流内弹道模拟

大口径火炮模块发射装药通常由多个模块组成,流场结构复杂。该文对燃烧场进行分区模化,并在此基础上给出两相流内弹道理论模型和计算步骤,编制程序对短管试验炮膛内发射过程进行了数值模拟。结果表明,膛内的压力、压差及弹丸速度等参量的理论计算结果与实验吻合得较好,模拟结果有较高的置信度。该模型和计算程序可用于模块装药结构火炮内弹道模拟、装药设计和安全性能分析     

基于纳米材料改性发射药的身管延寿技术研究

提出了一种通过在发射药中添加纳米复合材料来延长武器身管使用寿命的方法.该方法是将一种纳米复合材料添加到发射药中,通过改善发射药的性能,使发射药的抗烧蚀性和燃烧完全性提高,降低枪管温升,从而达到提高身管使用寿命的目的.以某型号小口径自动武器为对象,进行了身管常温寿命实验.结果表明,该技术可有效延长身管的使用寿命.通过对寿后枪管检测分析表明,在发射药中添加纳米复合材料显著降低了身管的烧蚀.