摘要：超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统,其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的,为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾,以及设计周期长、计算误差大的问题,本文提出了一种面向探测器-降落伞双体模型的融合代理优化策略。融合代理模型集成了插值型代理模型和回归型代理模型的优点,能够在相同样本的条件下具备更高的气动力系数预测精度。通过采用融合代理模型替代长耗时的计算流体力学(CFD)计算过程,能够缩短设计周期,提高设计效率。结合多目标遗传算法对探测器-盘缝带伞双体模型进行了优化设计,结果表明,采用融合代理优化策略能够平衡伞体的阻力性能及稳定性能,在满足结构及气动约束的前提下提升盘缝带伞的综合减速能力,具有良好的实用性和可行性。文章的研究结果可为未来新一代火星探测用超声速降落伞的设计研制提供一定的理论参考和技术储备。

摘要：基于均匀化计算理论结合结构构型设计和材料构型设计,建立以声辐射功率为目标的两尺度材料/结构协同优化模型,针对夹层结构声学设计问题,开展了声辐射特性拓扑优化研究。分别给出了声辐射功率对宏观和微观设计变量的灵敏度,结合移动渐近线法(MMA)实现了材料/结构两尺度设计。结果表明,声辐射功率两尺度优化改变了夹层结构各阶主振型的形状和顺序,同时也改变了被激发的振型。此外,算例研究了激励频率和约束对优化结果的影响以及声辐射功率目标优化的特殊现象。

摘要：为有效抑制航天设备中由干扰源诱发的低频/超低频振动,提出了一种新型可调动力吸振器(NDVA)。该动力吸振器主要由柔性螺旋弹簧(SFS)及磁性负刚度弹簧(MNSS)组成。将所设计动力吸振器应用于振动控制时,采用平均法推导出系统在简谐激励下的稳态频响方程组及稳定性判据。基于稳定性分析,提出一种优化方法,通过简单迭代获得吸振器最优参数。最后,对提出吸振器的鲁棒稳定性进行分析。结果表明,除可实现低频振动有效抑制外,提出吸振器优越的鲁棒稳定性使得其在实际应用中能取得比线性吸振器更佳的振动控制效果。

摘要：吸气式推进系统是实现高超声速飞行的基石,随着对宽Ma范围内高速飞行器的需求日益迫切,涡轮基组合循环(turbine based combined cycle, TBCC)发动机等已成为国内外研究的焦点,而高效压缩的进气系统是其重要组成部分和关键技术之一。该文主要分析了宽Ma范围内高速飞行器对进气系统的特殊要求,回顾了国内外关于内转式TBCC进气道的研究进展,重点介绍了以TriJet为代表的内转式TBCC进气系统的设计方法。总结了内转式TBCC进气道所面临的主要挑战,着重介绍了这类进气道面临的独特的锥面激波/边界层干扰问题,可为后续的研究工作提供参考。

摘要：为能够隔离作用在负载上的直接扰动并提高系统的阻尼特性以避免产生共振,提出一种采用磁性负刚度机构设计的超阻尼隔振系统,其由磁性负刚度机构和两对相互对压的机械弹簧并联构成;磁性负刚度机构由五块沿轴向磁化的环形永磁体构成,倾斜环形永磁体被对称地固定在基础上,运动的环形永磁体由对压的机械弹簧约束,并沿轴向发生相对运动;根据电流模型,推导了磁性负刚度机构的磁性恢复力以及磁性负刚度解析表达式;通过将隔振系统中的刚度单元和阻尼单元重新布置并引入一个内部隐性自由度,该系统被设计成与线性参考系统具有相同静刚度、相同质量以及相同阻尼的超阻尼装置;分析了该装置中刚度单元、阻尼单元以及永磁体附加质量对所设计系统阻尼、固有频率和主系统振动响应的影响。研究结果表明,所提出的隔振系统具有高刚度和超阻尼特性,能够有效抑制主系统的振动;在高频段,主系统的响应将收敛于线性参考系统。

摘要：考虑流体流动、转子转动等随机性引起的压力脉动波动特性,提出了柱塞泵压力脉动的随机动力学表达式,并通过三柱塞泵-管道系统实验获得压力脉动随机参数的概率分布规律为极值I型分布。根据所提出压力脉动随机动力学表达式,应用蒙特-卡罗方法进行管道动力响应分析,通过与实验数据对比验证了所提出表达式的合理性。根据实验及数值分析结果发现泵输出压力脉动与管道位移响应均服从极值I型分布,随机压力脉动频率特性中出现和实验一致的1/3倍频。管道动力响应数值分析结果与实验吻合良好,证明所提出的表达式能够准确模拟柱塞泵管道系统内压力脉动随机动力特性,对管道系统的安全性和可靠性设计具有重要的应用价值。

摘要：微悬臂梁结构广泛应用于微纳电子机械系统.在实际应用中,涂层和工作环境的变化对微悬臂梁结构动态工作模式有着不容忽视的影响.运用流体中双层微悬臂梁的光热振动模型,研究了在激光光热驱动下,金涂层微悬臂梁在不同流体中的振动特性.理论上得到了微悬臂梁的温度场,光热驱动力和振动变形场的解析表达式.研究结果表明,流体环境对微悬臂梁的光热振动谱有显著的影响,主要表现在共振频率的偏移和品质因子的变化两个方面.相比较于悬臂梁在真空中的响应,当悬臂梁在空气中振动时,共振频率向低频产生微小的漂移(0.7%),共振峰未发生明显变化;然而,当悬臂梁在液体中振动的时候,共振频率向低频产生巨大的漂移(58%～80%),而且品质因子发生量级上的减小,共振峰发生了畸变.本研究对微纳探测以及原子力显微镜等仪器的设计优化,有着一定的理论指导意义.

摘要：蜂窝层芯夹层板应用于飞行器、高速列车等交通工具的主体及底板结构时需要考虑其振动及隔声特性.针对声压激励下的四边简支蜂窝层芯夹层板结构,应用基于Reissner夹层板理论的结构振动方程建立了的声振耦合理论模型(声压以简支模态双级数的形式引入振动控制方程),结合流固耦合条件求解了声振耦合系统控制方程,应用有限元模拟对理论预测进行了验证.基于理论模型的数值计算结果,系统研究了蜂窝层芯夹层板结构的振动特性和传声特性,刻画了层芯厚度、蜂窝壁厚、夹层板面内尺寸和声压入射角度等关键系统参数对夹层板振动和传声特性的影响,为此类结构的工程优化设计提供了必要的理论参考.

摘要：为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧(SFS)与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明:所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。

摘要：随着脆性材料在工程中的广泛应用,对脆性材料中微缺陷进行统一的损伤水平标定,具有重要的科学研究和工程应用价值.本研究提出一种基于M积分的材料等效损伤面积/体积标定方法,以具有相同M积分值的圆孔面积或球孔体积来标定复杂微缺陷构型的损伤水平,从而实现不同类型微缺陷真实损伤水平的统一表征.首先,基于Lagrangian能量密度函数推导了M积分定义式,并简述了M积分的物理意义,基于域积分方法实现二维/三维M积分的数值计算.随后,提出了基于M积分的材料缺陷等效损伤面积/体积标定方法,以圆孔面积/球孔体积来标定复杂微缺陷材料系统的损伤水平.最后,针对单轴拉伸载荷作用下的二维/三维脆性体含不同缺陷构型,具体计算了椭圆孔、裂纹以及双裂纹、双孔洞、裂纹和孔洞干涉等复杂缺陷构型情况下的等效损伤面积/体积,并详细分析了缺陷之间的干涉效应及影响因素.本研究旨在基于M积分等效方法量化脆性材料中各类微缺陷造成的损伤程度,实现损伤等级标定,有益于工程材料及结构的损伤容限设计及完整性评估.