摘要：提出了一种火星再入探测器的半解析法一体化模型,为未来火星探测器的初步设计提供包括弹道、气动参数、防热系统在内的设计依据。在任务初步设计阶段,由于涉及多个学科,火星大气与地球大气模型差异很大,需要考虑的因素很多,因此需要一个半解析的,能够实时进行弹道、气动参数和防热层温度分布计算的设计工具。该工具应该包括气动外形、弹道、防热为一体的设计模型,且能满足计算负担要求。基于此,提出了一种普遍适应的火星探测器外形定义方程,并对其中的一种特殊情况进行了解析公式的推导。在合理假设的前提下,给出了计算防热层内部温度分布的半解析计算公式,并以MER-B(Mars Exploration Rover)探测器为例进行了弹道和气动受热仿真。计算结果表明,该一体化计算模型的仿真计算落点与实际落点很接近,达到了火星探测器初步设计阶段一体化的计算要求。

摘要：寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比?的取值,从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比,验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素,结果表明:初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显,岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。

摘要：基于齐次扩容精细积分法和复数矢径虚拟边界谱方法,通过Fourier积分变换和稳相法来研究箱形梁声辐射问题,提出了一种具有较高效率和精度的求解空气中无限长混凝土箱形梁声辐射问题的半解析方法,并得到了箱形梁声辐射问题的半解析解。为进一步了解城市高架轨道箱形梁的声辐射特性,对已建线路的噪声控制及待建线路噪声的前期预测和箱形梁截面的优化设计都具有十分重要的意义。

摘要：针对风扇三维设计阶段,本文开发了一种快速宽频噪声预测方法,用于预测风扇的转/静干涉宽频噪声水平。该方法目的在于可以在风扇三维设计阶段中,对风扇的气动性能进行计算后,快速地得到风扇的宽频噪声频谱与特性。本文的风扇三维阶段宽频噪声模型是基于定常雷诺平均方程(RANS)的半解析模型,该模型通过定常计算流体力学(CFD)方法提取声源上游叶片尾迹湍流信息,进而与解析模型耦合,从而实现快速预测出风扇宽频噪声水平。首先,对文中的快速宽频噪声预测模型进行了介绍;然后,通过1台环形叶栅声学试验平台的试验数据对该模型的解析部分进行了考核;最后,利用快速宽频噪声预测模型分别对1台单级轴流风扇和1台双级轴流风扇开展了气动性能与声学性能的预测评估工作。结果显示,声源来流的湍流分布形式与上游叶片二次流有直接关系。另外,当风扇的实际工作状态点远离设计点时,宽频噪声水平会明显增加。

摘要：将路面板作为三维弹性体,建立路面-饱和弹性地基动力响应的层状弹性半空间体模型,对移动荷载作用下路面板-饱和弹性地基系统的动力特性进行了分析.将移动单元法引入到饱和弹性土介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下饱和弹性土介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了饱和弹性土介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性路面板移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下饱和弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.数值分析了饱和弹性半空间地基上路面板的动力特性,研究了荷载速度、饱和层渗透系数等参数对路面板位移和土体孔隙水压力响应的影响,研究结果可为路面结构的施工设计及路基动力响应分析提供参考.

摘要：四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩是机器人吸附力设计和关节电机选型的重要依据。在考虑重力和吸附姿态变化的情况下,利用有限元分析足端力和关节扭矩需要重复画网格和仿真分析,工作量较大。结合运动学、静力学和有限元分析提出一种简单且统一的半解析方法估算不同吸附姿态下四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩。算例中利用半解析法计算得到84组数据并分析得到不同姿态下最大足端力和最大关节扭矩的变化规律,基于算例结果完成了机器人的吸附力设计和关节电机选型,最后实验测量了不同姿态下机器人的关节扭矩最大值。实验结果表明:机器人吸附力设计和关节选型合理,半解析法计算的最大关节扭矩误差小于8.86%。