随机振动和谐波载荷下基于相对位移分析的结构间隙变化评估

为正确评估紧凑结构在外载荷作用下的安全性,推导随机振动和谐波载荷下相对位移的理论计算方法,考虑响应点之间相关性,并以某工程结构有限元分析为例,对随机振动和谐波载荷下结构中的间隙变化进行评估。将谐波载荷与随机振动载荷进行等效转换,数值模拟结果表明2种方法的计算结果完全吻合,相互验证分析方法的有效性和正确性。     

多模式刚柔结合欠驱动抓取机构的设计、分析与实验测试

结合刚性欠驱动抓取机构与柔顺机构,提出一种多模式刚柔结合欠驱动抓取机构,并对所提出的机构进行分析与实验研究。基于刚体替代法,设计了二指多模式欠驱动抓取机构的刚柔结合方案。运用正运动学分析与载荷平衡方程,对驱动单元进行静力学建模。结合伪刚体模型法、载荷平衡方程与操作对象平衡位置枚举搜索,建立两点抓取与包络抓取模式下抓取力与驱动力矩的关系式。将驱动单元静力学建模与抓取单元静力学建模相结合,可以得到完整的多模式抓取力模型。进一步地,考虑由于接触引起的柔性杆件变形,结合线性插值,对抓取力模型进行修正。基于修正后的抓取力模型,对机构尺寸参数进行优化设计,综合提升机构在两点抓取模式和包络抓取模式下的载荷输出性能。RecurDyn仿真结果显示,在两点抓取模式和包络抓取模式下,修正后完整的抓取力模型与仿真值的最大相对误差为7.62%,并且所提出的优化算法有效提升了机构的两点抓取力与综合包络抓取力。实验结果显示,优化后的抓取机构抓取力有较大的提升,修正后完整的抓取力模型与实验值的最大相对误差为1.87%,验证了抓取力建模、优化设计的有效性。     

地铁空调机箱有限元分析

为验证某型号地铁空调机箱产品设计是否符合强度要求,建立机箱有限元模型,依据GB／T21563-2008和EN12663-2000对该空调机箱分别进行冲击性能分析、模态分析、随机振动分析和疲劳性能分析等,获得空调机箱在各种工况下的云图．分析结果表明机箱的设计符合强度要求．     

变结构并联多维振动台自由度特性与运动学分析

基于3-P(4S)构型设计并研制了一种直线电机驱动的、平衡位姿可调的变结构并联多维振动台.运用约束螺旋理论分别对子闭环初始安装为平行四边形和梯形的两种构型进行自由度特性分析.建立两种构型的运动学位姿模型,研究机构位姿输出与驱动输入的关系,通过迭代搜索法求解梯形安装时机构的非线性约束方程组.根据位姿分析,分别用反解搜索法和正解遍寻法得到两种初始安装条件下机构的可达工作空间以及梯形安装时的伴随转角空间.通过数值算例验证理论分析结果,对机构进行运动仿真,研究不同装配结构下振动台机构的运动输出特性.依据理论分析与仿真结果进行实物样机运动实验,将理论计算、仿真分析和实验的结果进行对比,进一步验证了理论分析的正确性以及样机工程应用的可行性.     

空间相机支撑杆峰值应力分析与试验验证

考核某空间相机主镜组件支撑杆在宽带随机激励下的强度,直接获得支撑杆的峰值应力响应在工程上存在一定困难。为了提高支撑强度,加强星上载荷的安全性,采用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN进行有限元建模,对主镜组件进行单位加速度载荷下的频率响应仿真,分析获得了正弦振动下结构的峰值应力。利用随机振动和正弦振动之间的峰值等效原理,获得了共振频率点处的随机振动的峰值应力。对支撑杆进行了随机激励下的应力测试试验。比较仿真分析与试验的峰值应力结果,误差在7%以内,说明工程分析方法和技术路线是合理可行的,为进一步展开力学分析和结构优化设计奠定了基础。     

柔性太阳翼叠层电池弯曲适应性仿真与设计

航天器在轨进、出地影时，基于复合结构柔性基板的柔性太阳翼叠层电池在高、低温交变作用下会产生热弯曲变形。针对这一问题，采用有限元建模仿真，分析由太阳电池、盖片胶和抗辐照玻璃盖片组成的叠层电池的弯曲适应性，计算不同结构尺寸、不同叠层材料参数的叠层电池在跨中弯曲载荷下的最大应力。借助响应面技术研究设计变量与复合结构性能之间的关系，采用目标驱动优化分析，获得理想的结构尺寸参数。结果表明：叠层电池的宏观力学性能取决于微观不同叠层材料的组合方式；等效弹性模量不是定值，而是与叠层材料的参数有关；弯曲工况的失效模式取决于电池单体的最大拉应力，而不是宏观表征的整体弯曲强度。     

某型导弹行军状态起竖臂结构可靠性分析

研究运输状态下路面等随机振动因素对发射装置结构可靠性的影响,为发射装置的设计与结构优化提供参考。分析了行军状态路面振动的特点,据此建立了弹架系统的四自由度离散模型,对模型系统的响应谱密度进行了理论推导;对某型导弹发射装置中的起竖臂建立有限元模型,进行有限元形变和应力分析;根据有限元结果,分析了起竖臂在行军状态下刚、强度...     

基于反熔丝FPGA的太阳帆板高可靠驱动控制系统设计

针对宇航用某太阳翼帆板驱动控制系统的高可靠、小型化应用要求,采用基于反熔丝FPGA芯片实现2台太阳帆板机构的驱动控制,集通信、电机驱动、变频启停控制、自主故障检测与工作模式切换等功能于一体,实现了双轴太阳翼帆板的驱动控制,机构运行平稳,且在旋变故障工况下可自主切换至步数控制模式,可靠性高。     

乘用车排气净化器频响分析方法

基于发动机试验和频响分析,以某乘用车排气净化器为例,研究振动强度的评价方法,考虑排气高温对结构强度的影响,选择频响分析的位移和应力作为验证和评价的指标,分析获得的出气法兰峰值加速度与试验结果具有很好的一致性。上、下蚌壳焊缝处为净化器结构的高风险区域,该区域的应力水平是决定净化器结构强度的关键指标。研究结果认为：在分析采用的载荷和温度输入条件下,该净化器结构强度满足可靠性要求。     

某型直升机着陆灯结构优化设计及动力学仿真北大核心

以某型号直升飞机着陆灯为研究对象,为解决原有结构的传动间隙、灯头松动等问题及新增着陆灯的自稳调节功能,引入了云台结构在解决灯头松动问题的同时使着陆灯在完成位置搜索后可通过伺服电机调节云台结构实现自稳功能。利用CATIA软件建立优化结构的着陆灯三维模型,并基于ANSYS workbench软件对改进后的结构进行模态分析及螺旋桨旋转产生的随机振动分析。仿真结果表明:改进后结构强度可以满足设计技术参数,且能满足随机振动试验要求,该方法具有一定的可行性和实际应用价值。     

Research on the Novel Honeycomb-Like Cabin Based on Computer Simulation

The antiknock capability and thermal protection performance of rescue capsules mainly depend on the structural design of the cabin. By designing a new type of cabin structure, it can resist the impact of explosion shock waves and thermal shocks. In this paper, a new honeycomb-like cabin is proposed; the model has a novel thermal insulation layer design. Then, the antiknock capabilities and thermal protection analysis are carried out by using computer software. The “Autodyn” analysis module in ANSYS Workbench 17.0 has been used to simulate the explosion of TNT with a certain quality in a single room. The pressure map over time and the pressure variation curve at different locations for a single room are obtained. Through the analysis module “Transient Structural,” the stress and deformation of the honeycomb-like cabin under the blast load are simulated. The “Transient Thermal” analysis module in the finite element software is used to conduct a transient thermal analysis on the cabin structure. The temperature map and the temperature rise curve of each layer of the cabin cases are obtained. The analysis results indicate that the honeycomb-like cabin design has a good antiknock capability and thermal protection performance, and it can meet the usage requirements of the rescue capsule under dangerous conditions.     

基于热平衡和结构强度的发动机 分析平台开发及其应用

建立发动机缸体和缸盖的动力学、燃烧和流体有限元模型,进行发动机热平衡、冷却散热和结构强度研究。创建发动机正向设计和分析方法,革新产品开发流程,自主开发热平衡计算平台。建立发动机缸内和水套传热、流体、温度场、强度的计算模型库,设计水套优化方法和流场评价标准,正向计算发动机热平衡和水套散热。通过2个应用案例,证明该平台在发动机热平衡计算和结构分析与评估中的作用。该平台可为发动机热平衡、冷却散热和结构强度的正向设计提供基础。     

基于Abaqus的发动机缸体缸盖耦合仿真分析

为了解缸体缸盖的温度分布、强度、疲劳性能以及缸垫等的性能,对缸体缸盖进行耦合分析是十分必要的.利用Abaqus和Fire软件联合分析模型的温度场分布,确保各部件的温度性能满足要求,进一步分析各部件的强度以及疲劳性能,确保满足设计要求.     

空间站柔性电池翼在轨载荷计算及分析

为了保证空间站正常运行所需要的大量能源及发射入轨时的较小重量代价,我国空间站采用大面积柔性电池翼的设计方案.大柔性电池翼因其结构复杂且频率极低,在轨运行时又要承受多次大机动过程产生的载荷,各承力组件的强度校核和参数设计成为影响整个空间站任务成败的重要环节.本文从工程应用角度出发建立了空间站柔性电池翼的线性简化模型,计算并分析了柔性电池翼在轨大机动过程中各关键组件的载荷,计算结果可对大柔性电池翼的强度校核和减重设计起到一定指导作用.     

一种相控阵天线强迫风冷热设计方法

阵面温度控制是相控阵天线结构设计的关键技术之一。文中针对某相控阵天线的热设计要求,设计了一种用于相控阵天线散热的强迫风冷系统,并采用数值分析方法,对该系统作用下的相控阵天线阵面热性能进行了分析。对不同流道参数、散热器参数和冷却气体流速下的阵面温度和流体压力进行了仿真。仿真结果表明：冷却气体温度和速度对散热效果影响显著,增加散热片的肋片数量和高度能够提高散热性能。以仿真结果为依据,对相控阵天线的结构参数进行了优选。进行了对比实验,验证了仿真计算的有效性。     

Optimal topology design of internal stiffeners for machine pedestal structures using biological branching phenomena

Naturally evolved biological structures exhibit the optimal characteristics of light weight, high stiffness, and high strength. Based on the growth mechanism of biological branch systems in nature, an optimization method for internal stiffener plate distribution in box structures is suggested. Under the given load and support conditions, the internal stiffener plates of machine pedestal structures grow, bifurcate, and degenerate towards the direction of maximum overall structural stiffness in accordance with the adaptive growth law. The optimal and distinct distribution of internal stiffener plates with the most effective load path is thus obtained. Based on this, a size optimization for lightweight design is conducted, in which the self-weight of the structures is taken as the design objective, and the natural vibration frequency and static stiffness in the direction that is sensitive to machining accuracy are set as constraints. Finally, an optimized structure is obtained. The effectiveness of the proposed method is verified by using a precision grinder bed as an example. The results of numerical simulation and 3D–printed model experiment indicate that both the dynamic and the static performance of the optimized structure are improved, while the structural weight is reduced by compared with the initial structure. The suggested design method provides a new solution approach for the design optimization of machine pedestal structures.     

三维实体转子系统热-结构耦合响应分析

以某型航空发动机高压转子系统为研究对象,基于不均匀分布稳态温度场,建立了某高压转子系统三维实体单元有限元模型以及稳态温度场下转子系统热-结构耦合振动方程,利用热-结构-动力学耦合理论,采用间接耦合法,通过稳态温度场分析和静力分析生成热应力,然后进行预应力模态分析,最后利用模态叠加法进行不平衡量和热弯曲耦合响应分析,实现热-结构-动力学耦合计算.通过稳态温度场对典型级盘稳态响应影响的分析以及不平衡量与热弯曲耦合稳态响应分析,发现耦合响应对转子系统各级盘的振动响应有较大影响.     

基于过程阻尼效应的电动汽车弹簧型扭振减振系统设计

为了提高电动汽车弹簧型扭振减振控制能力,提出基于过程阻尼效应的电动汽车弹簧型扭振减振方法。构建电动汽车弹簧型扭振减振的力学加载模型,采用基于直角坐标系的力矩控制方法进行电动汽车弹簧型扭振的载荷转移机构力学特征分析,构建载荷转移的电动汽车弹簧型扭振参数辨识模型,根据过程阻尼效应进行电动汽车弹簧型扭振减振的自适应调整,实现控制器参数的优化估计和辨识,基于载荷转移机构模型实现电动汽车弹簧型扭振减振系统的控制律优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行电动汽车弹簧型扭振减振控制的自适应性较好,被控系统的跟踪误差较低,提高了电动汽车弹簧型扭振减振的稳定性。     

航天器帆板展开过程动力学建模与仿真

阐述了应用柔性多体动力学和Kane方程进行航天器帆板展开过程建模的方法，将帆板视为柔性体并进行模态分析，采用有限元法与模态缩聚技术建立了帆板的离散化模型．以国产某型号航天器为例，同时考虑4块帆板的柔性，应用ADAMS软件对帆板的展开过程进行了建模与仿真，得到了帆板的变形、大范围运动等动力学参量，为航天器帆板的设计提供了一定的依据．