摘要：建立磁悬浮控制力矩陀螺框架结构的有限元分析模型,对控制力矩陀螺框架结构进行模态分析,阐述了框架结构优化设计的基本思路.结合双向渐进优化算法拓扑优化理论,基于通用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言和二次开发语言,开发了连续体拓扑优化模块.以框架结构的最低阶频率值为约束条件,以框架结构质量最小为优化目标,引入名义应力的概念,建立框架结构固有振型与名义应力的关系,实现了磁悬浮控制力矩陀螺框架结构的动态拓扑优化,扩展了双向渐进优化算法的应用范围.优化后的结构构型具有更为合理的质量和刚度布局,频率提高11.49%,质量减少5.65%.

摘要：针对弹簧优化设计中理论公式设计局限性大和有限元方法对多变量和多约束的优化设计效率低的问题,提出了一种考虑横截面形状和几何尺寸的弹簧优化的两步式策略。该策略利用密圈弹簧的理论计算公式结合多起点搜索方法对弹簧几何尺寸进行优化;采用有限元方法建立可以考虑截面形状变化的弹簧模型,用几何尺寸最优解为初值,采用零阶方法同时对截面形状和几何尺寸进行优化获得最优解。仿真结果表明:两步式策略能同时考虑横截面形状和几何尺寸进行弹簧优化设计,拓展了弹簧的设计范围;通过将两步式的优化策略结果与直接进行基于有限元方法的优化结果相比发现,优化时间减少了55.86%,两步式策略效率较高,降低了有限元优化的迭代次数;优化目标提高了14.31%,改善了出现局部最优解的情况。

摘要：复合材料结构强度的参数影响研究是结构设计的必要内容,然而还缺乏在不同湿热环境条件下结构尺寸对其强度的影响研究。采用数值和试验方法研究了宽径比(W/D)对不同湿度、温度时T800/X850碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)开孔层压板压缩强度的影响。设计了参数影响研究试件,通过试验获得了不同湿热条件下的开孔层压板压缩失效结果;并利用现有的考虑湿热影响的复合材料渐进损伤方法,建立了湿热及几何参数影响的渐进损伤模型,通过将预测结果与试验结果对比验证了模型正确性。进一步结合试验和数值分析,揭示了不同湿热条件下几何参数的影响规律。研究表明:湿热环境对T800/X850 CF/EP开孔板的压缩失效载荷影响显著,相比于室温干态(RTD),室温湿态(RTW)和高温湿态(ETW)压缩失效载荷分别下降了7.75%和14.68%;RTW和RTD失效形式接近, ETW失效形式不同且失效面积更大;RTW和RTD时压缩失效强度随W/D的增大而增大,增大速度相似, ETW增大速度比前两者慢。

摘要：为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题,针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法,提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型,并计算两种测试方法对碳纤维X850/树脂复合材料单剪、双剪连接结构钉载系数的相对测量不确定度。结果表明,应变片测试方法中,单剪结构钉载系数无法准确测量,双剪结构钉载系数相对测量不确定度通常超过2.8%,且随结构中螺栓数目和应变片贴片角度偏差的增加而增大;钉载矢量传感器测试方法中,单剪、双剪结构钉载系数均可测试,且针对任意螺栓数目结构,其钉载系数相对测量不确定度最大不超过1.5%。

摘要：在总结复合材料多钉连接钉载测试方法的基础上,针对单向载荷传感器应用中必须已知钉载方向且需要按照钉载方向装设传感器的缺点,提出了钉载矢量传感器方案。钉载矢量传感器无预设安装角度要求,能够测量载荷方向;并对钉载矢量传感器的选材、应变片方案及开槽尺寸进行了设计,制造了钉载矢量传感器。采用复合材料单钉单剪螺栓连接,分别对钉载矢量传感器测量结果的线性符合性、重复性、安装角度影响以及载荷方向测量能力进行了测试研究。测试结果表明:钉载矢量传感器满足工程上对载荷分配测试的技术要求,验证了本文所提出的钉载矢量传感器的适用性。

摘要：大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后,选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明:采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3%;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4%;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。

摘要：复合材料螺栓连接具有可靠性高和易检测等优点,是复合材料结构最重要的连接形式。但是由于复合材料的各向异性、脆性以及孔边应力集中的存在,螺栓连接是复合材料结构承载的薄弱环节,已引起研究者广泛关注。本文对复合材料螺栓连接结构的钉载分配测试和分析方法,螺栓连接结构的失效预测方法及设计参数对接头失效的影响研究等进行了简要综述,着重介绍了课题组近年来在这些方面的研究工作。