引力波探测望远镜超低热变形桁架支撑结构设计技术

本文针对引力波探测望远镜超低热变形要求,提出了通过设计CFRP铺层改变材料热胀系数的方法,进而解决桁架支撑结构热变形问题。同时针对望远镜装调性能的要求,给出了结构的分段式设计方案。文章首先分析了CFRP的优势、现有的消热化的方式和国内外研究进展,确定了以CFRP为关键材料的三杆式望远镜的方案,并提出了设计指标。其次建立了“材料-热变形、桁架结构-热变形”数学模型,针对材料铺层和结构设计进行优化,给出了优化方案。然后将CFRP材料应用于支撑结构中,采用分段式主支撑结构设计方案,降低了结构加工装调的难度,最后对整体结构进行分析。分析结果表明：机械性能方面,结构基频和最大重力卸载变形满足主支撑结构的要求;热变形方面,基于CFRP铺层特定优化设计的结构方案热变形为普通铺层方案的27.15%、Invar材料支杆方案的6.42%、SiC支杆方案的11.50%和钛合金支杆方案的3.21%,即优化设计可显著降低结构热变形。     

大长条形反射镜支撑方案设计

本文针对某空间遥感器一重要光学元件即反射镜组件进行了结构设计。该反射镜的结构特点是长宽比大且口径大,经过优选反射镜材料、认真分析矩形反射镜支撑特点及对反射镜支撑定位原理的仔细研究,提出了一种基于半运动学定位原理的柔性支撑方案,即背部三点支撑加三点辅助定位的复合支撑形式,并应用计算机仿真手段进行了静、动态及热特性分析。经试验验证,方案合理可行。该方案普遍适用于大长宽比的大口径的反射镜,解决了大长宽比大口径反射镜结构支撑难题。     

2 m SiC 反射镜拱形轻量化结构设计

针对口径为2 060 mm 的地基大口径望远镜主反射镜,选用SiC 材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计,并对支撑环半径进行了优化.对于Whiffle tree 18 点支撑和27 点支撑形式,从静力学(重力作用)和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形,结合SiC 反射镜的加工工艺,最终确定18 点支撑的轻量化结构为首选方案.同时,就SiC 反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题,提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求.     

聚变反应堆校正场结构优化及性能分析

针对核聚变反应堆校正场线圈的结构进行了优化,确定了满足物理和工程装配的线圈结构。针对校正场线圈进行电磁分析,并得到线圈磁场和电磁力分布。根据广义胡克定律,利用有限元方法将线圈绕组材料属性等效,以简化结构计算模型。通过建立结构分析模型,计算电磁力载荷下的校正场线圈强度,确定了线圈盒厚度,支撑位置及支撑数目。最后为保证校正场线圈始终处于低温工作环境,根据校正场线圈结构和热负载,提出并确定线圈液氦冷却管方案。     

爆炸焊接板材热处理支撑墩的优化设计

根据爆炸焊接复合板材热处理支撑墩在实际使用过程中发生的垮塌变形,运用数值模拟的方法反推支撑墩承载时的受力,并针对原结构设计提出改进方案.利用SolidworksSimulation对支撑墩的尺寸进行优化设计,得到在满足约束条件下的最优解.结果表明,优化后的方案在不增加整体重量的前提下,结构强度得到大幅提高,能够满足生产需求.     

三峡升船机塔柱横梁支撑系统设计

本文介绍了三峡升船机塔柱横梁混凝土施工支撑系统的实施方案,从贝雷架支撑体系所承受荷载要求、结构强度要求以及变形稳定性要求出发,通过科学计算制定出合理的贝雷架支撑系统的支座系统设计方案、结构设计方案以及上部钢管排架设计方案,并对贝雷架支撑系统以及相应的塔柱混凝土墙体结构在混凝土浇筑前后以及混凝土浇筑过程中的应力（应变）、变形、位移进行了监测。监测结果表明,横梁支撑系统满足了横梁浇筑支撑要求,施工质量优良,安全可靠,设计与施工方案可行。     

大面积场发射显示器支撑方案的计算机模拟

场发射显示器(FED)的支撑结构用来抵抗器件外部大气压对阴阳极板造成的形变影响.预先确定和优化支撑系统方案,对于降低大面积FED器件制造成本是十分重要的.本文通过有限元分析方法,对40英寸,长宽比43,采用墙式支撑条和2mm厚阴阳板的FED器件的支撑方案进行了模拟计算.通过给出170mm支撑墙在不同摆放位置情况下的极板应力以及形变分布,最后确定了二种可实际用于器件的支撑方案.     

基于正交试验和有限元法的木支撑结构优化设计

目的 通过正交试验和有限元法得到一组强度和稳定性最优的木支撑结构。方法 以某胶合板木支撑结构为研究对象,采用3D建模软件IronCAD建立木支撑结构模型,利用正交试验的方法设计L9（34）的正交试验表。在此基础上,借用有限元软件Ansys Workbench对正交试验确定的方案进行静力学分析,将仿真结果归纳整理并进行极差分析和综合平衡,得出影响木支撑结构性能的主次因素,确定最优的试验方案。结果 通过极差分析,得到了影响木支撑结构性能的主次因素,由主到次依次为两侧加强板距离中心的距离、开槽圆弧的圆心距离中间板上端的距离、加强板的长宽比,继而通过综合平衡法确定了最优设计方案参数（即开槽圆弧的圆心距离支撑板上端65 mm,两侧加强板距离中心的距离为280 mm,加强板的长宽比为2.5∶2）。经过与原方案对比,最大应力值降低了16%,一阶模态的频率提高了58.2%,最大变形量降低了0.9%。结论 采用正交试验法和有限元法寻找木支撑结构的最优化设计是可行的,将结果应用到木支撑结构设计中,可以满足要求,并能得到合理的开槽深度和两侧加强板合理的排布位置。     

空调挂机包装箱支撑结构及其性能评价

分析了造成空调包装纸箱产生鼓包的原因,提出了一种新的纸箱内置支撑结构设计方案。该方案由普通的单瓦楞纸板折叠组装成型,工艺简便、结构稳定、成本低。进行了包装箱抗压性能的对比实验,并对包装系统进行了全面的综合评价测试。测试结果表明,采用新的支撑结构,纸箱的抗压强度平均增强了12.5%,包装系统通过了全部评价测试项目,综合性能优异。     

大型光电设备动基座自动支撑调平方法及结构

在大吨位车载光学仪器支撑调平结构中,用自动调平代替原来的人工调平,选用无干涉的三点支撑方案,用计算机控制的机械支腿进行调平。介绍三点自动支撑调平的方法及原理,列出13种可能出现的不同调平情况,对自动调平的初始状态及调平基准的确定提出了解决方案,介绍了机械支腿的整体结构及主要零件的参数计算。结果证明：机械支腿不仅结构紧凑而且能够较为稳定地完成支撑调平,所采用的三点支撑调平方案简单、实用。     

仿甲虫鞘翅轻质结构及其参数优化设计

为研发新型轻质结构,在对甲虫鞘翅断面微结构进行观测的基础上,分析了甲虫鞘翅的微观结构特征,并据此设计和制备了基于碳纤维/环氧树脂复合材料的仿生轻质结构。对仿生轻质结构进行准静态压缩试验,同时利用有限元法对仿生轻质结构进行压缩性能分析,并将分析结果与试验结果进行对比,证明了有限元分析的正确性和可靠性。在此基础上进一步利用响应面法对仿生轻质结构进行参数优化设计。结果显示:压缩载荷下仿生轻质结构的最大承载力为18 455.00N,较优化前结构的提高了26.4%,压缩比强度为47.43 MPa/(g·cm-3),优化效果显著。     

纤维聚苯乙烯泡沫颗粒轻质土的制备及力学性能

为促进轻质土在岩土工程中的广泛应用,添加改性聚丙烯纤维改善其力学性能,通过无侧限抗压强度试验分析探讨了纤维聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒轻质土强度-变形特性、受压破坏模式和无侧限抗压强度的影响因素,并运用SEM从微观层次上分析了其力学机制。结果表明:不同EPS颗粒、纤维及水泥掺量时,纤维EPS颗粒轻质土的应力-应变曲线不同;EPS和水泥掺量是强度的主要影响因素,其次为纤维掺量;强度随EPS掺量的增大而显著降低,随水泥掺量增大而显著提高;未加纤维的EPS颗粒轻质土松散且易破碎,强度骤然丧失;添加纤维能提高轻质土的峰值强度、残余强度、整体性和韧性,改善其脆性破坏模式;但EPS掺量较高（大于干土质量的3%）时,纤维与水泥土粘结有限,EPS颗粒轻质土力学性能改善效果较弱;EPS颗粒为空心蜂巢结构,纤维表面布满针状的水泥水化物并形成空间网状结构。所得结论表明纤维改善了轻质土力学性能。      

基于视觉动力形式的康护辅具轻量化设计研究

目的 为了减轻和缓解用户物理负担和心理负担,对康护辅具进行轻量化设计,探索一种产品形态轻量化与结构轻量化并行的综合设计方法。方法 以保护靴为例,将轻量化意象作为形态设计目标,采用语义差法和主成分分析得到轻量化意象及其典型代表样本;采用视觉动力形式分析建立产品形态轻量化意象的映射关系,并在此关系上通过曲线控制法进行初始形态方案设计;利用SolidWorks软件进行拓扑优化,判断材料冗余部分,为结构减重提供指导;再次结合映射关系对初始形态进行形态优化设计,得到最终设计方案。结论 对保护靴设计方案进行评估,仿真结果显示方案重量降低近40%,评价结果显示轻量化意象评价良好,表明了该方法的可行性,为康护辅具的轻量化设计提供了新思路与方法。     

汽车保险杠的轻量化设计

在节能环保大趋势下,汽车各个部件都在进行轻量化设计。保险杠在轻量化的同时还要保证其碰撞安全性,因而带来了一定的挑战。本文首先介绍了保险杠的结构和常用材料,然后从结构轻量化和材料轻量化两方面着手,介绍了该领域近年来一些新的发展动态。     

采用机械钻铣轻量化技术的轻型镜研制

以φ400mm轻型平面镜为例，介绍了采用机械减重法制造轻型镜的工艺技术。镜坯的轻量化采用了刚度虽不是最优，但工艺性最好的圆孔结构，并采用专门设计的钻头钻孔，再用氢氟酸消除微裂纹。加工结果表明，该镜的减重比达44．5％，但仍具有足够的刚度，且没有影响加工精度的变形。     

空间相机主镜加工状态下的有限元分析

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多。镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一,没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度,本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析,根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构。镜面面形的加工精度实现PV值λ／10,MS值λ／62。满足使用要求。     

FEM Simulation of Bending Formability for Laminate Steel／Resin／Steel Lightweight Composite Sheet

The ANSYS simulation software was used to analyze the bending formability of laminate steel/resin/steel lightweight composite sheet. The skin steel at external side produces relative slipping-off change during the bending due to its composite structure. The internal stress strain states, materials effect tools parameters and intermediate layer resin of lightweight sheet on slipping-off change were analyzed. The spring back and shear stress state after bending have also been discussed.     

泡沫炭的制备和性能

泡沫炭是一种开孔相连的轻质炭材料,其最大的特点是多样性和可设计性,具有成为新一代功能材料、结构材料的潜力.以美国橡树岭实验室所制备的泡沫炭为主线,综述了制备泡沫炭的主要方法及其性能,并展望了泡沫炭的应用.     

Effect of prewetting methods on some fresh and hardened properties of concrete with pumice aggregate

One of the major problems in lightweight aggregate concrete production is the high water absorption characteristic of the aggregates due to their porous structure. This problem is usually overcome by prewetting the lightweight aggregates or increasing the amount of mixing water. Since aggregate prewetting methods significantly affect fresh and hardened lightweight concrete properties, it is important to take this into account before the concrete production process.This study is focused on the effects of three prewetting methods on some fresh and hardened properties of pumice lightweight concrete. Pre-soaking, water-soaking and vacuum-soaking methods were applied to pumice lightweight aggregate prior to mixing. Test results showed that fresh and hardened properties of concretes with vacuum-soaked and water-soaked lightweight aggregate were significantly better than that of concretes with pre-soaked lightweight aggregate. Vacuum-soaking and water-soaking of pumice aggregate improved workability, compressive strength and drying shrinkage of pumice lightweight concrete.     

大口径轻质镜支撑的有限元分析

根据轻质镜的工作状态,分别给出了一种平放时的和两种立放时的支撑方法。用Algor有限元软件对这三种状态进行应力和变形分析,并用Excel对节点变形进行处理,给出了镜面变形曲线,分析结果表明,三种支撑方法能够满足轻质镜的变形精度要求。