大型舰船结构的可靠性研究

对具有多随机变量的大型船舶结构可靠性分析中的力学模型选取、安全余量建立、安全余量的敏度分析、减缩刚阵和反向节点力的公式推导等问题进行了研究.设结构是空间理想弹塑性梁板体系,以杂交梁元和加筋板格元来模拟三维结构体系,采用随机有限元计算结构系统的响应量;用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,通过对主要失效模式方程的线性化研究,计算各主要失效模式安全余量之间的相关系数;然后用PNET法计算结构系统的可靠性指标.在可靠性分析过程中,用随机有限元法对安全余量进行敏度分析,在提高可靠性分析效率的同时,也能指导设计,是必要而又十分有效的手段.最后给出了一个船舶的结构的算例,说明分析的有效性.分析表明,这些研究可提高具有多随机变量的大型结构系统可靠性分析的计算精度,为复杂结构系统可靠性分析奠定了一定的理论基础.     

不完整结构系统同时考虑强度和刚度的可靠性分析

基于结构强度可靠性分析理论的基础之上,提出了不完整结构(结构系统中有部分元件已失效,但结构未变成机构仍具有一定的承载能力)强度、刚度可靠性的分析方法。该方法考虑了元件因强度失效对不完整结构系统强度、刚度可靠性的影响,同时导出了等效安全余量的形式,进而计算结构系统在失效各阶段的总体失效概率。并结合算例对结构系统在失效各阶段进行了强度、刚度的可靠性分析。算例表明,这样分析符合结构在使用各阶段可靠性的真实情况,从而为结构的合理利用起指导性作用。     

轴对称超空泡流振动频率特性

针对复杂超空泡系统微分方程求解困难的问题,提出了一种研究超空泡稳定性的方法,根据Logvinovich截面独立扩张原理,建立了空泡非定常流动模型,再由气体状态方程,将空泡内气体的体积与空泡内气体的压力建立函数关系,经过理论推导,得出空泡内压力的微振方程。通过对压力微振方程的求解,得到超空泡流的振动频率特性。结果表明,空泡的稳定性与动力学相似参数有关,当把该动力学相似参数控制在一定范围内时,空泡在运动过程中是稳定的,否则空泡的稳定状态就会被打破,使空泡破灭。该方法有助于更好地掌握超空泡技术,为工程实践提供理论支撑。     

超空泡运动体圆柱薄壳动力屈曲及可靠性分析

首先将超空泡运动体模拟成受动态轴向载荷作用的圆柱薄壳,推导了结构的动力稳定性微分方程和动力不稳定区域,然后考虑动态轴向载荷的随机性,采用有限步长迭代法将给出的动力屈曲失稳的多个安全余量方程线性化,并利用逐步搜索法找出有效的安全余量方程,最后结合逐步等效平面法计算了舱段动力屈曲的可靠性指标。通过算例分别分析了载荷频率、速度和载荷比例系数这三个随机参数的变化对动力屈曲可靠性的影响。计算结果为如何选择载荷频率、速度和载荷比例系数的安全范围提供了理论依据。     

T型地下综合管廊电缆火灾数值模拟

针对特殊结构的T 型地下综合管廊,运用FDS 软件模拟不同火源位置及风速条件下管廊内电缆火灾的蔓延情况,分析火灾发生后管廊温度场以及烟气蔓延情况。对T 型管廊内不同位置处起火的火灾危险性进行排序,得到管廊内部风速为1.5m/s 且电缆处于稳定燃烧期时,交叉口处的烟气层高度最低,发现T 型交叉口处的烟气特性,为T 型地下综合管廊消防设计提供参考。     

随机组合力下冗余结构的故障概率计算

提出了冗余桁架结构在可变载荷条件下的故障分析,结构由r个取决于时间的载荷P_1(t),P_2(t),…,P_r(t)作用,以R-F法求元件的故障,而整个结构的故障概率是计算它的上下限评估,并通过一些数值例子说明上述分析的应用.     

非平稳随机激励下太阳能帆板随机振动分析

研究非平稳随机激励下航天器太阳能帆板结构的随机振动优化问题,由于太阳风、火箭发动机、空间碎片等因素影响,造成太阳能帆板所受激励带有了随机性,即非平稳随机激励.为太阳能帆板结构建立有限元模型,给出帆板模型的动力方程.仿真航天器发动机运行情况,给出太阳能帆板所受非平稳随机激励,结合虚拟激励法,将构造成虚拟激励,引入结构动力方程.采用改进随机振动分析方法,计算太阳能帆板结构随机动力响应.通过与蒙特卡罗法计算结果对比,验证了本文方法的高效性和精确性.计算结果表明,太阳能帆板在随机激励作用结束后,结构振动仍持续较长时间,且振动幅值较大,通过加强帆板之间铰链的刚度,能有效抑制太阳能帆板振动,为太阳能帆板结构分析和设计提供参考.     

超空泡运动体强度与稳定性的非概率可靠性分析

超空泡运动体在水下高速运动时,所受的轴向力非常大.考虑到结构自身参数的不确定性,有必要对运动体结构进行强度和稳定性可靠性分析.给出运动体圆柱薄壳结构强度和失稳安全余量方程,并将结构的可靠性分析由强度和稳定性两失效模式组成的串联系统来模拟.针对运用结构非概率集合可靠性模型计算非概率失效度时的复杂性,提出运用Monte-Carlo法计算多维非线性安全余量方程及串联系统的失效度.分析了不同空化器锥角时的圆柱薄壳结构强度、稳定性和串联系统非概率失效度随速度的变化趋势及它们三者之间的关系,并且验证了在结构样本数据缺乏的情况下,非概率区间可靠性算法所得的结果要比概率可靠性的结果安全.     

PZT电击穿机理研究及可靠性分析

随着压电作动器的应用,对其可靠性的研究已成为一个比较重要的领域.压电堆是压电主动构件的核心作动单元,其电/力的失效(如电击穿、开裂)是影响压电装置性能和可靠性的2个方面.该文仅涉及压电陶瓷的电击穿方面,由于经典电击穿理论不能很好地适合工程应用,基于缺陷引起微短路符合Maxwell-Boltzmann分布的假设,建立击穿场强与体积的关系式,回归结果与实验数据基本吻合.在此基础上,建立了击穿场强的极限状态方程,并进行了可靠性分析.计算证明该方法是有效的.     

微机器鱼尾鳍形状的结构优化

无缆驱动机器鱼是通过改变交变磁场的驱动频率,驱动嵌入机器鱼头部的NdFeB磁驱动器,将交变磁场能转换为机器鱼头部摆动的机械能,带动铜薄膜尾鳍产生波动并与液体耦合产生推力.在建立了悬臂梁结构变截面薄膜受迫振动动态模型和机器鱼推力模型的基础上,基于等面积条件,采用离散变量法对尾鳍的形状进行了优化,并结合有限元软件校验尾鳍根部强度,确定了最佳尾鳍形状.试验证明了该结构优化方法的正确性.