功能梯度材料结构的热应力边界元分析 被引量：19

1

作者 高效伟 杨恺 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期136-143,共8页

导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程,利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术,可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析;采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解,导出... 导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程,利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术,可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析;采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解,导出的积分方程含有由材料的非均质性以及温度变化引起的域积分;使用径向积分法将所有的域积分转换成等价的边界积分,从而建立起只需要边界离散的无内部网格边界元算法;最后对两种典型的飞行器防热结构进行二维和三维热应力算例分析,并通过与有限元计算结构对比验证结果的正确性. 展开更多

关键词 功能梯度材料 热应力分析 边界单元法 径向积分法 飞行器热防护系统

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最优轨迹规划方法及其平动点航天器编队均衡耗能重构应用 被引量：1

2

作者 彭海军 高强 吴志刚 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期18-24,共7页

由于均衡耗能航天器编队能够提高整体航天器编队服役时间,针对平动点航天器编队重构的均衡耗能最优轨迹规划问题,提出一种以状态、协态和控制三类变量插值为核心的求解非线性最优控制问题的新方法。基于连续时间表达的非线性最优控制问... 由于均衡耗能航天器编队能够提高整体航天器编队服役时间,针对平动点航天器编队重构的均衡耗能最优轨迹规划问题,提出一种以状态、协态和控制三类变量插值为核心的求解非线性最优控制问题的新方法。基于连续时间表达的非线性最优控制问题通过变分原理转化为非线性方程组的求解,并进一步推导非线性方程组显示格式的Jacobi矩阵提高非线性方程组的计算效率。本文方法既满足最优控制理论的一阶必要条件又具有较大的收敛域;同时,不需要对协态初值准确猜测,避免了大规模非线性规划问题的求解。通过对中心航天器位置固定和无中心航天器两种情况的数值模拟,结果表明,本文方法对航天器编队重构轨迹规划问题能够达到均衡耗能的目标,具有一定的应用价值。 展开更多

关键词 编队重构 均衡耗能 轨迹规划 Hamiltonian边值问题 变分原理

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波浪上方飞行二维地效翼的非线性分析 被引量：1

3

作者 梁辉 宗智 邹丽 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2013年第9期900-907,共8页

针对二维波浪上方飞行的非定常二维地效翼进行了非线性分析.通过对二维奇点在规则波上方运动的Green函数的推导,利用离散涡方法解决了二维波浪上方飞行的非定常地效翼的升力问题.针对不同的几何参数和波浪参数对升力系数进行了研究.通... 针对二维波浪上方飞行的非定常二维地效翼进行了非线性分析.通过对二维奇点在规则波上方运动的Green函数的推导,利用离散涡方法解决了二维波浪上方飞行的非定常地效翼的升力问题.针对不同的几何参数和波浪参数对升力系数进行了研究.通过与定常情况的对比,验证了方法的有效性. 展开更多

关键词 地效翼 分层流体 波浪 GREEN函数

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非结构网格催化壁面的隐式处理方法 被引量：1

4

作者 原志超 黄世璋 高效伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期251-260,共10页

为了解决格点型非结构有限体积法隐式处理完全催化壁面时边界上出现非物理解的情况,提出了壁面边界隐式矩阵"松弛"处理方法,使得格点型非结构有限体积法可以用于高超声速非平衡条件下气动热的预测。提出了考虑等温壁面和辐射... 为了解决格点型非结构有限体积法隐式处理完全催化壁面时边界上出现非物理解的情况,提出了壁面边界隐式矩阵"松弛"处理方法,使得格点型非结构有限体积法可以用于高超声速非平衡条件下气动热的预测。提出了考虑等温壁面和辐射平衡壁面下,处理完全催化壁面的"松弛"方法,并给出了边界控制体上隐式矩阵的具体形式。针对高超声速化学非平衡流动,使用非结构网格对典型的圆柱绕流以及球头绕流问题进行模拟,并与结构网格计算结果进行比较分析。验证了所提出的强制边界条件的"松弛"格式可以正确模拟完全催化壁面边界条件。在此基础上,针对不同质量分数配比的自由来流进行计算,分析壁面处组元的质量分数以及热流,计算结果显示即使在自由来流中两个组元质量分数各占50%的情况下,被"松弛"的组元质量方程的残差仍然能够到10^(-8)量级,壁面上热流计算正确并且组元质量分数与自由来流保持一致。这表明本文方法在自由来流中质量分数最大组元不占优的情况下仍然有效。 展开更多

关键词 非结构网格 高超声速 化学非平衡 壁面催化 隐式处理方法

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固体火箭发动机喷管内气粒两相流动的CFD-DSMC模拟 被引量：8

5

作者 吴限德 张斌 +2 位作者 陈卫东 夏广庆 陈茂林 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期707-710,共4页

气相采用Jameson中心差分格式和显式Runge-Kutta法求解可压缩的雷诺时均N-S方程,颗粒相采用DSMC方法描述,采用PSIC耦合算法模拟了JPL喷管中的气粒两相流动,得到了气相和颗粒相的参数分布规律。结果表明,流场中颗粒相含量越高,颗粒相对... 气相采用Jameson中心差分格式和显式Runge-Kutta法求解可压缩的雷诺时均N-S方程,颗粒相采用DSMC方法描述,采用PSIC耦合算法模拟了JPL喷管中的气粒两相流动,得到了气相和颗粒相的参数分布规律。结果表明,流场中颗粒相含量越高,颗粒相对气相的阻碍和加热效应越显著,导致气相马赫数降低、温度升高;在相同颗粒含量的情况下,颗粒粒径越小,也能明显阻碍气相流动,同时对气相的加热效应也更显著;在颗粒确定性轨道模型计算下得到的无粒子区中,仍有少量非连续的颗粒存在。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 喷管 气粒两相流动 CFD DSMC

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超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响 被引量：7

6

作者 刘新 武湛君 +1 位作者 蔡永超 王海瑞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期850-856,共7页

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温... 对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。 展开更多

关键词 TT00碳纤维 环氧复合材料 超低温处理 拉-压疲劳性能 剩余强度 损伤机理

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预拉伸法降低异种钢焊接残余应力的作用研究 被引量：5

7

作者 赵东升 吴国强 +2 位作者 刘玉君 孙敏科 纪卓尚 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第8期920-924,共5页

采用热弹塑性有限元法计算了Q235钢与304不锈钢平板对接焊在不同预拉伸应力作用下的焊接残余应力场,计算结果表明,焊接残余应力呈现非对称式分布,纵向残余应力的峰值均出现在304不锈钢一侧且高于其屈服强度。预置纵向拉伸应力能显著降... 采用热弹塑性有限元法计算了Q235钢与304不锈钢平板对接焊在不同预拉伸应力作用下的焊接残余应力场,计算结果表明,焊接残余应力呈现非对称式分布,纵向残余应力的峰值均出现在304不锈钢一侧且高于其屈服强度。预置纵向拉伸应力能显著降低纵向焊接残余应力,而且当预置拉伸应力越大时(低于屈服强度),降低焊接残余应力的效果越明显。采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接材料表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好。 展开更多

关键词 预拉伸 Q235钢 不锈钢 温度场 焊接残余应力

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高超声速热化学非平衡钝体绕流数值模拟 被引量：9

8

作者 杨恺 原志超 +1 位作者 朱强华 高效伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1585-1591,共7页

对高超声速热化学非平衡钝体绕流进行研究,发展了高温热化学非平衡条件下的高超声速气动热数值模拟方法。采用二阶精度迎风TVD格式的N-S方程有限体积法多块结构网格求解器,考虑了空气5组分及化学非平衡效应的影响,对组分生成源项及振动... 对高超声速热化学非平衡钝体绕流进行研究,发展了高温热化学非平衡条件下的高超声速气动热数值模拟方法。采用二阶精度迎风TVD格式的N-S方程有限体积法多块结构网格求解器,考虑了空气5组分及化学非平衡效应的影响,对组分生成源项及振动能源项采用了点隐式的处理,提高了计算效率。对球锥模型和RAM-CII飞行实验等算例进行了数值气动热模拟,分析了不同非平衡模型在热化学非平衡条件下流场的影响。计算结果表明建立的数值模拟方法具有较高的精度。 展开更多

关键词 高超声速 热化学非平衡 TVD格式 数值模拟

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基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信仿真平台研究 被引量：3

9

作者 吴国强 吴限德 孙兆伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期192-198,共7页

针对编队小卫星星间通信的要求,提出基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台。首先对编队小卫星星间通信系统进行TTDPN(T-Timed Discrete Petri Net,TTDPN)建模,并建立该模型与分布式仿真平台间的映射。根据该映射关系设计... 针对编队小卫星星间通信的要求,提出基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台。首先对编队小卫星星间通信系统进行TTDPN(T-Timed Discrete Petri Net,TTDPN)建模,并建立该模型与分布式仿真平台间的映射。根据该映射关系设计编队小卫星星间通信仿真平台的逻辑结构和数据流,搭建分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台。联合空间环境、姿态和轨道等分系统,重点对星间通信系统中信道编译码模块和扩频解扩模块中的关键技术进行仿真验证。仿真结果表明:基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台能够显著缩短仿真时间,提高仿真精度和仿真结果的置信度,提高通信系统中模块的设计效率。 展开更多

关键词 TTDPN建模 PETRI网 分布式 编队小卫星

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一种提高四边形四节点平面壳单元计算精度的新方法

10

作者 刘云飞 吕军 高效伟 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期206-212,共7页

平面壳单元是由平面应力单元和平板弯曲单元叠加组合而成,具有简单的理论表达,但是它在计算曲面壳体结构时误差较大。为了进一步提高平面壳单元的计算精度,本文提出了一种计算平面壳单元刚度矩阵的新方法。通过该方法在高斯积分点建立... 平面壳单元是由平面应力单元和平板弯曲单元叠加组合而成,具有简单的理论表达,但是它在计算曲面壳体结构时误差较大。为了进一步提高平面壳单元的计算精度,本文提出了一种计算平面壳单元刚度矩阵的新方法。通过该方法在高斯积分点建立多个单元局部坐标系,并保证每个局部坐标系都位于单元在高斯点处的切平面上,从而可以有效适应曲面壳体形状,达到进一步提高平面壳单元计算精度的目的。为了在这种新坐标系下计算单元刚度矩阵,给出了求解形函数对局部坐标的导数、局部到自然坐标系积分转换的雅可比、以及局部到整体坐标系的转换矩阵的新型计算方法。通过将这些新坐标系以及新计算方法运用到平面壳单元DKQ24中,可以有效提高平面壳单元尤其是在计算曲面壳体时的精度。计算结果表明,本文方法和平面壳单元相结合,不仅具有平面壳单元简单的理论表达式,还能得到满意的精度。另外,本文方法还可以应用到其他类型的平面壳单元,为提高其他类型平面壳单元的计算精度提供了一种新的途径和思路,具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 平面壳单元 高斯积分点 单元局部坐标系 形函数对局部坐标的导数 曲面壳体

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非线性广义最小方差控制律综述

11

作者 庞岩 李维亮 +1 位作者 夏浩 吴志刚 《动力学与控制学报》 2013年第2期102-108,共7页

如何设计简单的控制策略对复杂非线性系统进行控制是控制界还未解决的难题.非线性广义最小方差控制律的提出使得非线性控制器的设计可以基于更为一般的非线性模型,并且控制器易于实现.整个系统包含时滞环节,稳定的非线性输入子系统和一... 如何设计简单的控制策略对复杂非线性系统进行控制是控制界还未解决的难题.非线性广义最小方差控制律的提出使得非线性控制器的设计可以基于更为一般的非线性模型,并且控制器易于实现.整个系统包含时滞环节,稳定的非线性输入子系统和一个可以用多项式或者状态空间描述的子系统.通过最小化由误差加权项、状态加权项和输入加权项组成的信号的方差得到优化控制器.在系统为开环稳定的情况下,可用史密斯预估器进行控制.本文首先介绍了非线性广义最小方差控制的发展进程,然后综述了基于状态空间和多项式描述的系统的非线性广义最小方差控制器的设计以及其现状和今后的发展方向. 展开更多

关键词 非线性 时滞 广义最小方差 多项式系统 状态空间描述系统

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大型索网天线机电耦合动力学建模与主动变形控制 被引量：2

12

作者 寻广彬 吴志刚 +2 位作者 彭海军 穆瑞楠 邬树楠 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期570-575,共6页

索网天线因其折叠收纳比高、质量轻以及口径大等优点,成为众多空间任务的首选天线形式,但反射面精度较低限制了大型索网天线的在轨性能指标。在索网天线竖向张力索中加入压电陶瓷堆(PZT)作动器,通过主动控制提高反射面的形面精度。首先... 索网天线因其折叠收纳比高、质量轻以及口径大等优点,成为众多空间任务的首选天线形式,但反射面精度较低限制了大型索网天线的在轨性能指标。在索网天线竖向张力索中加入压电陶瓷堆(PZT)作动器,通过主动控制提高反射面的形面精度。首先,将张紧的索网天线分为含有作动器的主动索单元和不含作动器的被动索单元,通过压电本构方程、几何方程和哈密顿原理推导出主动索单元的动力学模型,并与被动索单元一起组装得到索网天线的机电耦合动力学模型。然后,根据天线反射面的初始形面误差和所建立的天线机电耦合动力学模型,基于模型预测控制(MPC)方法计算出各作动器的控制输入电压曲线。最后,以一个10m口径的索网天线为算例,验证本文所建立的模型和控制方法的有效性。 展开更多

关键词 索网天线 机电耦合动力学模型 主动变形控制 PZT作动器

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多维对流通量重构方法的改进

13

作者 原志超 黄世璋 高效伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期993-1002,共10页

为了研究多维对流通量重构格式中不同形式主方向对激波稳定性、压力场计算方面的影响,分别采用以笛卡尔方向、密度梯度及压力梯度作为主方向进行计算,对结果分析后发现,单纯依赖物理量梯度的主方向会造成压力等值线曲折的非物理解。为... 为了研究多维对流通量重构格式中不同形式主方向对激波稳定性、压力场计算方面的影响,分别采用以笛卡尔方向、密度梯度及压力梯度作为主方向进行计算,对结果分析后发现,单纯依赖物理量梯度的主方向会造成压力等值线曲折的非物理解。为了消除这种非物理现象,采用一种基于压力函数的混合方式来确定主方向。单层及展向多层高超声速圆柱绕流问题模拟分析的结果表明:混合方式所确定的主方向不仅可以消除笛卡尔坐标系确定的主方向计算带来的红玉现象,同时还可以消除单纯的密度或压力梯度作为主方向所带来的压力场"zigzag"的非物理现象;通过与结构网格结果的比较表明:网格相关格式驻点处热流的相对误差为29.2%,而混合主方向确定方法所计算驻点热流相对误差只为4%,表明此改进方法计算得到的壁面热流是合理的。 展开更多

关键词 多维对流通量重构 非结构网格 气动热 主方向

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