摘要：以压气机叶轮为研究对象,轻量化设计为研究目标,设计了一种适合旋转周期对称结构应用的点阵填充点阵胞元。其目的是在保证满足设计要求的前提下,使叶轮刚度和强度具有可调性的同时降低叶轮质量。对转速为8×10^(4)r/min极限工况下的无填充轮、实心轮和不同点阵梁直径点阵填充轮进行了分析对比。结果表明,单个胞元梁直径为0.2mm,0.4mm,1mm的点阵轮相对于实心轮叶梢的平均周向变形分别降低了4.84%,3.49%,3.71%。对于点阵梁直径为0.4mm的叶轮,其重量相对于实心叶轮可降低22.68%,轮毂与叶片部分应力相对于实心轮可降低75MPa。点阵轮的叶梢周向平均变形位于无填充轮和实心轮之间。这一结果说明点阵填充轮毂的压气机叶轮不但可以有效减重,还可以提高压气机的工作效率。

摘要：为实现压气机叶轮在刚度和强度具有可调性的同时降低叶轮质量,基于常规立方晶格结构设计出一种新型轻量化压气机叶轮。通过3种模型悬臂梁比较计算,证明渐进均匀化(asymptotic homogenization,AH)方法在大规模点阵计算问题上具有较好的计算精度。在此基础上,采用AH方法对不同单胞填充率的点阵轮在仅考虑80000 r/min的惯性荷载时的静力学性能进行了数值计算。研究结果表明,对于所研究路径,点阵轮的变形和应力介于无填充轮和实心轮之间,大叶片外缘的周向变形最大与最小变形差值(极差)在所有研究工况下均小于无填充轮和实心轮。对于填充率为0.4的情况,其周向变形极差值比实心轮约低23.25%,比无填充轮约低55.46%,其质量相对于实心轮可降低17.08%。这意味着点阵轮相对于传统压气机叶轮除了能较大降低叶轮质量,还将具有更好的周向抗畸变能力和更高的工作效率。同时,点阵轮相对于无填充轮和实心轮叶片边缘具有更小的轴向应力,因此可为设计更高转速的压气机叶轮提供强度保证,同时也为叶轮结构的轻量化设计提供了一种新的设计思路。

摘要：以压气机叶轮为研究对象,基于八角桁架点阵结构,设计了一种新型轻量化点阵压气机叶轮,通过选择性激光熔融(SLM)280型金属3D打印机对设计叶轮的可加工性进行了验证.为了解其3D打印性能,基于有限单元法(FEM)对点阵轮的3D打印过程进行了模拟.在保证利用数值方法研究3D打印过程可行的基础上,对不同功率下点阵轮的打印过程进行了分析,并与相同工况下的实心压气机叶轮进行了对比.结果表明:点阵轮与实心轮的层变形是一个逐层叠加递增的过程,在本文的7种工况下,点阵轮打印完成时的最大残余变形与残余应力均小于实心轮.点阵轮的最大残余变形最大可比实心轮小20.19%,最大残余应力可比实心轮小10.69%.这意味着点阵轮除了比实心轮具有更轻的质量,还将比实心轮具有更优异的打印性能.

摘要：为研究固体火箭轴向振动问题,将火箭体系简化为时变质量轴向振动杆件。应用生死单元技术对时变质量杆件指定区域内均布质量的损失进行模拟。应用参数化方法将杆件的弹性模量及指定区域内均布质量线密度进行参数化,应用拉丁超立方抽样方法 (LHS)及平面蒙特卡洛抽样方法 (PMC)对时变质量杆件与恒定质量杆件的轴向振动问题进行2因素50水平实验设计,批量计算了不同工况下的杆件轴向振动响应。计算结果表明:基于实验设计和生死单元技术的参数化研究方法可以高效地对时变质量结构动力响应问题进行研究。应用LHS及PMC对杆件轴向振动问题进行研究时,可以得到与应用完备实验对杆件轴向振动问题进行研究时所得结论相类似的定性结论。部分工况下,恒定质量杆件的最大轴向振动响应明显小于时变质量杆件的最大轴向振动响应。依据恒定质量体系动力响应特性对箭体进行设计时,无法保证箭体及箭载设备的安全性。

摘要：基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时,为了提高打印成功率,基于有限单元法,对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最大降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。

摘要：为减少三体船结构质量以提高三体船总体性能,同时保证结构质量减少后三体船舱壁结构具有足够的结构强度,本文基于《Rules for The Classification of Trimarans》设计了7个三体船结构强度校核工况。应用变密度拓扑优化方法,计算了优化前、后三体船舱壁结构在不同工况下的应力分布。计算及优化结果表明:特定工况不同体积约束条件下,优化后舱壁结构应力最大值与体积减少比例之间不存在正相关关联;通过优化能在保证结构安全的前提下,减少舱壁优化区域内50%的结构重量,实现非水密舱壁结构的轻量化设计;通过与实船舱壁设计对比,优化后舱壁连接材料的分布与实船舱壁的加强筋分布相似,特定工况下按照优化结果进行加强筋布置的舱壁结构强度更好,拓扑优化技术可在特定工况下为舱壁结构的加筋布置提供指导。

摘要：为研究缝线对热防护结构拉伸特性的影响,提出一个缝线缝合增强三明治结构(陶瓷-气凝胶-陶瓷)模型。借助有限元软件程序设计语言建模,用多阶次逐步精确分析法确定缝合增强三明治结构内部应力-应变场。首先对支架和不带缝线的试件整体进行有限元分析;然后考虑缝线等详细结构;最后截取子结构进行详细分析。将三明治结构有限元模型应力变化趋势与试验结果分析对比,验证了有限元模型有效性,并且给出有限元解的变化规律。将缝合增强三明治结构与未缝合三明治结构得到的应力-应变曲线进行对比。结果表明,结构底板受单向拉伸且缝线有预应力时,缝合增强三明治结构沿长度方向(x方向)的应力峰值可有效减小(路径1上的最大应力均减小4.6%左右);沿z方向的整体应力大幅度减小(路径3应力平均减小30%左右)。

摘要：为了改善骨折愈合过程中因金属接骨板弹性模量过大引起的应力屏蔽效应问题,基于拓扑优化与有限元建模技术设计一种面向3D打印的点阵结构接骨板.以钛合金胫骨接骨板为例,建立简化有限元模型,结合有限元法及数据采样方法,分别对实体接骨板系统和点阵接骨板系统进行仿真,并对比其力学性能上的异同点.基于点阵接骨板系统的力学性能分析,实现接骨板的轻量化设计,改善骨骼应力屏蔽效应.计算结果表明:在保证强度的情况下,点阵结构的接骨板设计可减小40%左右的接骨板质量;点阵接骨板对厚度较为敏感,通过小范围减小接骨板的厚度,可明显降低接骨板刚度;点阵接骨板的应用可以有效提高4%左右的骨骼平均应力,减小骨骼的应力屏蔽效应.仿真分析结果可为低应力屏蔽接骨板的设计提供一定的参考依据.

摘要：应用有限元仿真技术,以我国南海使用的深水半潜式海洋钻井平台为原型建立模型,进行极限工况下波浪参数搜索工作.依据ABS(American Bureau of Shipping)和DNV(Det Norske Veritas)规范,应用随机性设计波法搜索并确定深水半潜式平台两浮体之间分离力最大工况、纵向剪切力最大工况、绕横轴扭矩最大工况以及总纵垂向弯矩最大工况共四种极限工况下的波浪参数,并通过所得波浪参数计算平台表面载荷分布.

摘要：把活塞环自由态形状的确定作为弹性力学反命题来求解。首先采用人工逆过程概念,把它转化为一个对偶的弹性力学正命题,即可建立它的变分原理,然后以变分原理为基础,按常规有限元法求数值解。这种方法精度较高,且计算程序通用化,实用方便,可以成为活塞环工程设计的基本计算工具之一。