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复合材料C型柔性杆准静态卷收力学性能分析及优化设计
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作者 叶红玲 王星运 +3 位作者 宋修营 金辰昊男 孙天峰 武海生 《北京工业大学学报》 北大核心 2026年第1期13-21,共9页
复合材料C型柔性杆展开结构(C型杆)由于其质量轻、结构简单和折展比高等特点,已广泛应用于宇航空间领域。该文以C型杆为研究对象,采用显式动力学分析方法,对其进行准静态仿真分析,研究卷收过程的力学性能,并提出了一种复合材料C型杆的... 复合材料C型柔性杆展开结构(C型杆)由于其质量轻、结构简单和折展比高等特点,已广泛应用于宇航空间领域。该文以C型杆为研究对象,采用显式动力学分析方法,对其进行准静态仿真分析,研究卷收过程的力学性能,并提出了一种复合材料C型杆的优化设计方法。研究了C型杆截面半径、截面圆心角、杆长等几何参数对卷收最大应变能、一阶固有频率、最大应力等力学性能的影响规律。基于响应面方法,建立了以结构应变能和一阶固有频率最大为目标,以最大应力为约束,以几何参数为设计变量的多目标优化模型,并采用遗传算法进行求解,获得可行解分布和最优解,研究结果对于提高空间展开结构的力学性能和优化设计具有重要的理论意义。 展开更多
关键词 复合材料 C型杆 准静态卷收 力学性能 响应面法 多目标优化
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破片长径比对液舱侵彻特性影响的数值研究
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作者 吴蒙蒙 侯海量 +4 位作者 吴菁 李典 杨少红 李永清 黄方 《振动与冲击》 北大核心 2026年第1期196-205,224,共11页
针对舰船防护结构在遭受鱼雷接触爆炸时产生的异形破片问题,开展了不同长径比(λ=L/D)破片侵彻液舱特性的数值分析,研究了不同长径比破片在等动能条件下侵彻液舱结构的动态过程,并进一步分析了破片密度、初速度和长径比对液体中冲击压... 针对舰船防护结构在遭受鱼雷接触爆炸时产生的异形破片问题,开展了不同长径比(λ=L/D)破片侵彻液舱特性的数值分析,研究了不同长径比破片在等动能条件下侵彻液舱结构的动态过程,并进一步分析了破片密度、初速度和长径比对液体中冲击压力波峰值的影响规律。结果表明,在相同速度下,随着λ的增大,最大空腔直径显著减小,最大空腔直径与弹体直径的比值与λ呈正指数相关,破片速度衰减系数与λ呈负指数相关。液体中初始冲击压力波峰值与破片密度和初始速度呈正指数相关,与λ呈负指数相关。总结和分析了破片长径比和初始速度对水锤冲击现象各阶段的影响。 展开更多
关键词 长径比 破片 液舱 数值研究
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增强型内凹蜂窝结构的压缩力学性能研究
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作者 王曦晨 王树青 +2 位作者 郑泽鹏 陈琪 岳雯 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期138-152,共15页
针对传统蜂窝结构因高孔隙率导致的强度不足问题,本文通过在传统内凹蜂窝结构中嵌入双菱形增强结构,提出了一种新型增强型负泊松比蜂窝结构,以提升蜂窝结构的压缩力学性能。本研究基于单位载荷法建立了增强内凹蜂窝结构等效参数的理论模... 针对传统蜂窝结构因高孔隙率导致的强度不足问题,本文通过在传统内凹蜂窝结构中嵌入双菱形增强结构,提出了一种新型增强型负泊松比蜂窝结构,以提升蜂窝结构的压缩力学性能。本研究基于单位载荷法建立了增强内凹蜂窝结构等效参数的理论模型,采用有限元方法研究了增强型负泊松比蜂窝结构胞元的等效泊松比及等效弹性模量,并与理论模型结果进行对比,验证了模型的准确性。还分析了增强型负泊松比蜂窝结构在压缩载荷下的能量吸收特性和变形模式。研究结果表明,由于菱形结构的支撑作用,增强型负泊松比蜂窝结构在保持结构负泊松比特性的同时,刚度和吸能性能均得到显著提升,具体表现为增强结构的平台应力和结构总吸能相较于传统内凹蜂窝结构分别提高了75.1%和45.5%。本文的研究表明,通过合理的结构设计可以有效提高结构力学性能,对负泊松比结构的设计及优化具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 蜂窝结构 负泊松比 力学性能 变形模式 能量吸收
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等几何拓扑优化高效隐式过滤方法
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作者 朱浩然 谢贤达 +1 位作者 杨奥迪 王书亭 《机械设计与制造》 北大核心 2026年第2期227-232,共6页
现有等几何拓扑优化隐式过滤方法的基函数空间具有非单元一致性的性质,导致每个参数单元的基函数值及其索引均需计算和保存,从而使得过滤所需内存较大和计算耗时较长的问题。针对上述问题,提出了一种基于Bernstein基函数的等几何拓扑优... 现有等几何拓扑优化隐式过滤方法的基函数空间具有非单元一致性的性质,导致每个参数单元的基函数值及其索引均需计算和保存,从而使得过滤所需内存较大和计算耗时较长的问题。针对上述问题,提出了一种基于Bernstein基函数的等几何拓扑优化NURBS高效隐式过滤方法。首先基于Bernstein基函数、Bézier提取算子和B样条基函数的有理形式进行NURBS基函数的等价表达。随后进行NURBS参数化所表达的等几何拓扑优化设计变量场的重映射,进而实现基于Bézier提取矩阵对NURBS控制点传统隐式过滤方法和灵敏度分析的重构。最后,对该NURBS高效隐式过滤方法与传统NURBS过滤方法进行二维和三维数值算例对比。数值结果表明:研究提出的高效隐式过滤方法可以在更短的计算时间和更少的内存占用得到与NURBS隐式过滤方法相同的优化结果和优化过程,实现了传统NURBS隐式过滤方法的等价替换和数据结构的优化。 展开更多
关键词 CAD/CAE一体化 等几何拓扑优化 BERNSTEIN基函数 Bézier提取算子 NURBS隐式过滤
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面向异形结构的共形点阵变密度调控设计方法
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作者 罗玮 冯少军 +3 位作者 郝鹏 霍泽凯 高勇 焦世坤 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第1期1-14,共14页
针对异形承载结构中存在的共形点阵建模填充复杂、大规模单胞导致设计变量激增、优化困难的问题,提出了一种基于函数描述的共形点阵变密度调控设计方法.通过发展基于网格变形的共形点阵参数化建模方法,可实现异形结构的点阵快速填充;进... 针对异形承载结构中存在的共形点阵建模填充复杂、大规模单胞导致设计变量激增、优化困难的问题,提出了一种基于函数描述的共形点阵变密度调控设计方法.通过发展基于网格变形的共形点阵参数化建模方法,可实现异形结构的点阵快速填充;进一步提出了基于分段三次Hermite插值多项式的点阵单胞尺寸调控方法和基于代理模型的点阵杆径调控方法,可实现点阵的精细调控和设计变量降维;在此基础上,建立了基于自适应更新动态代理模型的点阵结构优化设计框架,实现了点阵调控参数的快速优化设计.通过两个工程算例开展了算例验证,包括火箭有效载荷适配器应变能优化、飞行器异形承载舱段结构屈曲优化,综合计算结果表明了所提方法对于不同问题的有效性. 展开更多
关键词 异形结构点阵填充 共形点阵建模 变密度调控设计 代理模型优化
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超弹性NiTi形状记忆合金的新型蜂窝结构变形行为研究
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作者 李润佳 于超 《四川轻化工大学学报(自然科学版)》 2026年第1期24-34,共11页
提出一种基于超弹性NiTi形状记忆合金(SMA)的新型反四手性构型蜂窝结构,与传统反四手性蜂窝结构通过直线形韧带连接相邻刚性节点的设计不同,该结构采用圆弧形与椭圆弧形韧带优化节点连接方式。为系统探究其变形行为,本文结合实验测试与... 提出一种基于超弹性NiTi形状记忆合金(SMA)的新型反四手性构型蜂窝结构,与传统反四手性蜂窝结构通过直线形韧带连接相邻刚性节点的设计不同,该结构采用圆弧形与椭圆弧形韧带优化节点连接方式。为系统探究其变形行为,本文结合实验测试与有限元分析方法,重点研究载荷水平与几何参数对结构力学响应的调控规律。实验结果表明,该新型结构具备优异的大变形能力与负泊松比特性,最大峰值位移可达结构段长度的50%;韧带外圆弧半径与韧带宽度作为关键几何参数,对结构力学性能具有显著影响。理论研究层面,通过耦合应力诱导马氏体相变与塑性变形机制,建立NiTi SMA的三维宏观本构模型,编写ABAQUS用户自定义材料子程序(UMAT)完成模型的有限元移植,并基于该模型对新型结构开展数值模拟。对比分析显示,有限元预测结果与实验数据具有良好一致性,验证了该数值模型描述和预测新型结构的力学响应的准确性,可为新型结构的工程设计与性能优化提供可靠的理论支撑。 展开更多
关键词 形状记忆合金 反四手性蜂窝结构 理论分析 有限元分析 ABAQUS
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考虑渐进损伤的复合材料加筋圆柱壳后屈曲优化设计
7
作者 王悦 王志祥 李道奎 《火箭军工程大学学报》 2026年第1期21-31,共11页
为探究轴压载荷下复合材料加筋圆柱壳结构的承载潜力和失效模式,开展了考虑渐进损伤的复合材料加筋圆柱壳结构后屈曲分析及优化设计。首先,基于显式动力学方法和Hashin失效准则,分析了复合材料加筋圆柱壳结构的极限载荷和失效模式。在... 为探究轴压载荷下复合材料加筋圆柱壳结构的承载潜力和失效模式,开展了考虑渐进损伤的复合材料加筋圆柱壳结构后屈曲分析及优化设计。首先,基于显式动力学方法和Hashin失效准则,分析了复合材料加筋圆柱壳结构的极限载荷和失效模式。在此基础上,分析了蒙皮铺层顺序对3种典型复合材料加筋圆柱壳结构的极限载荷影响规律。进一步采用序列近似优化方法,分别获得了3种典型复合材料加筋圆柱壳优化结构。结果表明:轴压载荷下,复合材料横置六边形加筋圆柱壳结构在承载能力和承载效率方面均展现出显著优势,相比初始设计,其提升幅度分别为37.5%和31.8%;与其他2种构型相比,复合材料横置六边形加筋圆柱壳结构极限载荷分别提高10.6%和4.4%;轴压载荷下,纤维/基体相继损伤失效是加筋圆柱壳压溃破坏的主要机理。因此,需综合考虑材料损伤和结构稳定性进行后屈曲分析,获取复合材料加筋圆柱壳结构的极限载荷。 展开更多
关键词 复合材料加筋圆柱壳 渐进损伤分析 后屈曲设计 序列近似优化方法
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基于物理信息神经网络的薄板静力响应计算模型
8
作者 黄敏沾 彭玉祥 +2 位作者 蒋镇涛 孙鹏楠 刘念念 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2026年第1期96-105,共10页
针对物理信息神经网络在薄板结构力学正问题中的应用问题,通过结合物理机理与数据驱动方法,提升薄板弯曲响应计算的准确性与泛化能力。介绍物理信息神经网络的基本结构和原理以及薄板弯曲基本理论,并根据相关理论建立力学正问题物理信... 针对物理信息神经网络在薄板结构力学正问题中的应用问题,通过结合物理机理与数据驱动方法,提升薄板弯曲响应计算的准确性与泛化能力。介绍物理信息神经网络的基本结构和原理以及薄板弯曲基本理论,并根据相关理论建立力学正问题物理信息神经网络模型。利用物理信息神经网络模型求解正弦载荷作用下的薄板静力响应,并与传统神经网络的计算结果进行对比。最后将载荷信息作为神经网络的输入,求解了变载荷作用下的薄板静力响应,结果表明,物理信息神经网络模型有着更高的精度。物理信息神经网络模型能够对变载荷作用下的结构静力响应进行实时预测。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 传统神经网络 薄板结构 力学正问题 变载荷 静力响应 数据驱动 结构监测
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航空发动机结构健康状态监测与评估研究进展
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作者 张帅 《应用力学学报》 北大核心 2026年第1期14-37,共24页
随着我国航空装备技术及产业的迅速发展,航空发动机的健康状态监测、故障诊断、趋势预测与状态评估等技术对于保障发动机高性能、高稳定性、高可靠性工作至关重要。航空发动机结构健康监测能够在飞行试验和服役全过程中对发动机结构状... 随着我国航空装备技术及产业的迅速发展,航空发动机的健康状态监测、故障诊断、趋势预测与状态评估等技术对于保障发动机高性能、高稳定性、高可靠性工作至关重要。航空发动机结构健康监测能够在飞行试验和服役全过程中对发动机结构状态进行监测与评估,通过开展科学的故障诊断与隔离、结构健康趋势预测与状态评估,进而实现对发动机结构的视情维护,提升发动机可靠性、维护性与故障可控性,以及应对紧急状况的能力,同时降低发动机费效比。围绕航空发动机结构健康监测与评估技术,系统分析了发动机健康状态监测对于推进系统与飞行器健康、稳定、安全运行的必要性,对于提高装备执行任务完成率、降低全寿命周期的费效比的必要性;详细阐述了国内外发动机健康状态监测的研究现状,梳理了应用于航空发动机结构健康状态监测与评估研究的先进传感技术、监测系统与方法、典型故障特征提取方法与健康状态评估方法等的研究进展,并对航空发动机结构健康监测与评估技术的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 航空发动机 结构健康 状态监测 先进传感 故障诊断 特征提取 健康基线 状态评估
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V型耦合板架截断模型动力边界等效规律研究
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作者 汤冬 李晔 +1 位作者 冉茂辉 孙逍骐 《中国舰船研究》 北大核心 2026年第1期235-247,共13页
[目的]为了对船舶与海洋结构物局部板架的动力性能进行数值计算和实验测试,需要将局部结构从整体模型中截取出来,并采用适当的等效方法模拟与之相连的结构对局部板架结构动力性能的影响,探究板架结构截断模型的动力边界等效问题。[方法... [目的]为了对船舶与海洋结构物局部板架的动力性能进行数值计算和实验测试,需要将局部结构从整体模型中截取出来,并采用适当的等效方法模拟与之相连的结构对局部板架结构动力性能的影响,探究板架结构截断模型的动力边界等效问题。[方法]采用有限元法分析耦合角度和附板长度对V型板架自由振动特性的影响,研究弹性支撑刚度对一边弹性支撑、三边自由边界条件下正交加筋板自由振动特性的作用。对比分析不同耦合角度、不同附板长度的V型板架与弹性支撑正交加筋板固有频率与振型的对应关系,探寻弹性支撑刚度边界等效V型耦合板架截断边界的规律。[结果]研究表明:V型板架前4阶板类模态的敏感耦合角度范围为140°~180°,模态较为稳定的附板长度区间为0.60~0.90 m。当弹性支撑刚度较小时,附加质量会显著降低正交加筋板的固有频率,提高各阶模态的敏感刚度,减小敏感刚度的频率范围;而当弹性支撑刚度较大时,附加质量对正交加筋板固有频率的影响甚微。V型板架前4阶板类模态的动力边界等效弹性刚度随耦合角度增大而减小,且V型耦合板架附板长度的变化会引起部分模态的转化现象和振型畸变现象。[结论]采用弹性支撑边界模拟V型耦合板架的动力耦合条件,尽管在固有振型模态转换过程中存在细微不足,但整体上仍能实现有效等效。这一策略不仅为截断模型边界的模拟开辟新径,还提升了计算效率并维持了高精度。 展开更多
关键词 V型耦合板架 振动特性 动力边界等效 固有频率 振型 模态转化 振型畸变 有限元分析
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基于自适应等几何相场法薄壳断裂分析
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作者 王子洋 邹云钊 尹硕辉 《工程力学》 北大核心 2026年第2期38-46,共9页
该文基于相场法和自适应PHT(Polynomial splines over Hierarchical T-meshes)等几何薄壳理论,建立了自适应PHT等几何薄壳结构断裂问题相场模型。从能量和断裂力学的角度出发,推导了Kirchhoff-Love薄壳自适应等几何断裂相场模型的微分方... 该文基于相场法和自适应PHT(Polynomial splines over Hierarchical T-meshes)等几何薄壳理论,建立了自适应PHT等几何薄壳结构断裂问题相场模型。从能量和断裂力学的角度出发,推导了Kirchhoff-Love薄壳自适应等几何断裂相场模型的微分方程,并采用自适应PHT样条基函数作为插值函数,对位移场和相场进行离散。一方面,Kirchhoff-Love薄壳理论不需要转动自由度,大大减小了计算规模;另一方面,PHT样条几何精确且满足Kirchhoff-Love薄壳理论C1的连续性,同时PHT样条不仅继承了NURBS样条的优点,还具有局部细分。最后,编写了相应程序,对比分析经典数值算例,讨论了该断裂相场模型的正确性和收敛性。 展开更多
关键词 薄壳断裂 Kirchhoff-Love理论 PHT样条 等几何分析 相场法
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结构非线性分析中的更新广义位移控制法
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作者 陈安全 汪川莉 林航葳 《计算力学学报》 北大核心 2026年第1期124-131,共8页
结构非线性分析是预测结构承载力和极限强度的有效途径,常采用增量迭代方法来求解结构的平衡路径。为建立高效稳定的求解技术,从增量迭代法的基本思路出发,详细分析了计算中荷载增量因子的意义,并说明了荷载增量因子取值应考虑的重点。... 结构非线性分析是预测结构承载力和极限强度的有效途径,常采用增量迭代方法来求解结构的平衡路径。为建立高效稳定的求解技术,从增量迭代法的基本思路出发,详细分析了计算中荷载增量因子的意义,并说明了荷载增量因子取值应考虑的重点。通过引入当前广义刚度参数和前后增量步初始位移增量的数量积来确定增量步的大小以及结构加卸载状态,同时选择4种更新的正交迭代参考向量,形成了4种更新正交迭代收敛路径,建立更新广义位移控制法。数值算例分析结果表明,更新广义位移控制法在求解具有多个临界点的结构非线性路径时具有很好的可靠性,并且相比于广义位移控制法,在增量步较大时稳定性更好,求解效率更高。 展开更多
关键词 结构非线性分析 增量迭代法 当前广义刚度参数 广义位移控制法 更新广义位移控制法
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基于有限元仿真的大规模法兰螺栓组应力神经网络预测研究
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作者 唐仲炫 甯尤军 +1 位作者 赵诚 高旭东 《应用力学学报》 北大核心 2026年第1期134-143,共10页
大规模法兰连接螺栓组的应力监测是风电机组等大型设备健康运行的重要需求。本研究以预紧法兰连接螺栓在变化的法兰外载荷作用下应力的有限元模拟结果为数据样本,采用BP、GA-BP和PSO-BP神经网络模型对螺栓组的应力进行预测和分析。结果... 大规模法兰连接螺栓组的应力监测是风电机组等大型设备健康运行的重要需求。本研究以预紧法兰连接螺栓在变化的法兰外载荷作用下应力的有限元模拟结果为数据样本,采用BP、GA-BP和PSO-BP神经网络模型对螺栓组的应力进行预测和分析。结果表明,以相对误差为评价标准,3种模型的预测精度均随螺栓组中最小螺栓应力值的减小以及螺栓组中螺栓的最大应力差的增大而降低;螺栓组处于弹性阶段时的预测精度高于有螺栓进入塑性以后的情况;GA-BP和PSO-BP相对于BP具有更高的预测精度,PSO-BP的预测精度最高;对于更值得关注的高应力水平(400 MPa以上)螺栓,3种模型的预测精度均较高,整体平均误差均在2%以下。 展开更多
关键词 法兰连接螺栓 螺栓应力 有限元分析 神经网络预测
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Geometrically Nonlinear Analyses of Isotropic and Laminated Shells by a Hierarchical Quadrature Element Method
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作者 Yingying Lan Bo Liu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 2026年第1期345-373,共29页
In this work,the Hierarchical Quadrature Element Method(HQEM)formulation of geometrically exact shells is proposed and applied for geometrically nonlinear analyses of both isotropic and laminated shells.The stress res... In this work,the Hierarchical Quadrature Element Method(HQEM)formulation of geometrically exact shells is proposed and applied for geometrically nonlinear analyses of both isotropic and laminated shells.The stress resultant formulation is developed within the HQEM framework,consequently significantly simplifying the computations of residual force and stiffness matrix.The present formulation inherently avoids shear and membrane locking,benefiting from its high-order approximation property.Furthermore,HQEM’s independent nodal distribution capability conveniently supports local p-refinement and flexibly facilitates mesh generation in various structural configurations through the combination of quadrilateral and triangular elements.Remarkably,in lateral buckling analysis,the HQEM outperforms the weak-form quadrilateral element(QEM)in accuracy with identical nodal degrees of freedom(three displacements and two rotations).Under high-load nonlinear response,the QEM exhibits a maximum relative deviation of approximately 9.5%from the reference,while the HQEM remains closely aligned with the benchmark results.In addition,for the cantilever beam under tip moment,HQEM produces virtually no out-of-plane deviation,compared to a slight deviation of 0.00001 with QEM,confirming its superior numerical reliability.In summary,the method demonstrates high accuracy,superior convergence,and robustness in handling large rotations and complex post-buckling behaviors across a series of benchmark problems. 展开更多
关键词 Geometrically exact shell hierarchical quadrature element method geometrically nonlinear laminated shells local p-refinement shear and membrane locking post-buckling behaviors
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A novel scaling method for the elastic ring supporting structure of an aero-engine rotor system: analytical and experimental investigations
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作者 Lei LI Tianyue MA +4 位作者 Zhong LUO Dongwu GAO Xiangdong GE Hui MA Shibin WANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 2026年第1期1-18,共18页
The testing of large structures is limited by high costs and long cycles, making scaling methods an attractive solution. However, the scaling process of elastic rings introduces complexities in multi-parameter geometr... The testing of large structures is limited by high costs and long cycles, making scaling methods an attractive solution. However, the scaling process of elastic rings introduces complexities in multi-parameter geometric distortions, leading to a diminution in the predictive accuracy of the distorted similitude. To address this challenge, this study formulates a novel set of scaling laws, tailored to account for the intricate geometric distortions associated with elastic rings. The proposed scaling laws are formulated based on the intrinsic deformation characteristics of elastic rings, rather than the traditional systemic governing equations. Numerical and experimental cases are conducted to assess the efficacy and precision of the proposed scaling laws, and the obtained results are compared with those achieved by traditional methods. The outcomes demonstrate that the scaling laws put forth by this study significantly enhance the predictive capabilities for deformations of elastic rings. 展开更多
关键词 rotor system AERO-ENGINE elastic ring scaling method supporting structure
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靶向高阶思维能力培养的结构力学案例设计研究
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作者 梁晓东 胡彬 黄殿武 《嘉兴大学学报》 2026年第1期129-136,共8页
以稳态电路下液晶弹性体力学超材料结构中电热驱动的可控自振荡为例,从结构设计、智能材料特性、电热驱动、自振荡等交叉学科探索高阶思维的训练路径,并通过理论推导和程序编制进行计算分析,揭示液晶弹性体力学超材料结构中电热驱动的... 以稳态电路下液晶弹性体力学超材料结构中电热驱动的可控自振荡为例,从结构设计、智能材料特性、电热驱动、自振荡等交叉学科探索高阶思维的训练路径,并通过理论推导和程序编制进行计算分析,揭示液晶弹性体力学超材料结构中电热驱动的可控自振荡触发机理及影响因素。该案例设计旨在培养学生的高阶思维能力,增强学生解决复杂问题的能力,可为其他高校人才培养和相关课程建设的实施提供借鉴。 展开更多
关键词 结构力学 高阶思维 超材料 电热驱动 自振荡
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基于MQ拟插值和BESO参数化水平集结构拓扑优化方法
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作者 杨陈东 徐欣婷 任炯 《西安航空学院学报》 2026年第1期68-76,共9页
针对传统双向进化结构优化(Bi-directional Evolutionary Structural Optimisation,BESO)的优化结果存在边界锯齿化,以及水平集方法(Level Set Method,LSM),尤其是参数化水平集方法(Parametric Level Set Method,PLSM),优化效率低、优... 针对传统双向进化结构优化(Bi-directional Evolutionary Structural Optimisation,BESO)的优化结果存在边界锯齿化,以及水平集方法(Level Set Method,LSM),尤其是参数化水平集方法(Parametric Level Set Method,PLSM),优化效率低、优化过程不稳定的问题,本文提出一种Multiquadric(MQ)拟插值和BESO结合的参数化水平集方法。首先,借鉴传统BESO计算单元灵敏度;然后,利用MQ拟插值参数化水平集函数,隐式地确定平滑的结构拓扑;最后,采用二分法计算水平函数阈值,驱动体积分数值逐步达到目标值。数值实验结果表明:与传统BESO相比,该方法的优化结果有连续清晰边界;该方法不需要求解大规模线性方程组,计算效率高,稳定性强。所提方法继承了PLSM边界光滑和BESO计算效率高、稳定性强的优点,能够有效解决不同结构拓扑优化问题。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 MQ拟插值 BESO 水平集函数
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梯度双材料负泊松比蜂窝夹芯板局部冲击失效研究 被引量:3
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作者 肖俊华 万武举 +1 位作者 郭之熙 梁希 《复合材料学报》 北大核心 2025年第3期1689-1699,共11页
夹芯板结构具有轻质、高抗弯刚度和良好的抗冲击等特性,将负泊松比材料作为夹芯板芯层,可以设计出具有优良动力学特征的防护结构。本文基于提出的双材料曲边内凹负泊松比胞元,通过改变胞元内纵横向材料,构建了正梯度、负梯度、对称正梯... 夹芯板结构具有轻质、高抗弯刚度和良好的抗冲击等特性,将负泊松比材料作为夹芯板芯层,可以设计出具有优良动力学特征的防护结构。本文基于提出的双材料曲边内凹负泊松比胞元,通过改变胞元内纵横向材料,构建了正梯度、负梯度、对称正梯度及对称负梯度4种排列的负泊松比多胞蜂窝夹芯板。实验与仿真结果比较说明了本文数值方法的可行性。数值研究了不同排列方式时蜂窝夹芯板在受局部冲击作用下的失效力学性能,考察了冲头冲击速度和芯层梯度排列模式对夹芯板破坏模式、冲头接触力与能量吸收效果的影响。研究表明:芯层排列模式显著影响夹芯板的冲击破坏模式和冲击动力学性能;梯度双材料设计可以显著增强夹芯板的吸能效果。 展开更多
关键词 负泊松比 双材料胞元 梯度材料结构 冲击失效模式 能量吸收
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结构拓扑优化ICM方法的B映射求解途径 被引量:1
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作者 彭细荣 隋允康 +1 位作者 叶红玲 铁军 《固体力学学报》 北大核心 2025年第2期162-176,共15页
本文基于结构拓扑优化的ICM(独立、连续和映射的简称)方法,发展出了双映射接力运作的求解途径,因“双”的英文简称为B,故称之为B-ICM求解途径.该途径由两步组成:第一步是L(线性)映射作用于结构拓扑优化问题,使之成为离散模型,然后构造... 本文基于结构拓扑优化的ICM(独立、连续和映射的简称)方法,发展出了双映射接力运作的求解途径,因“双”的英文简称为B,故称之为B-ICM求解途径.该途径由两步组成:第一步是L(线性)映射作用于结构拓扑优化问题,使之成为离散模型,然后构造了约束函数;第二步是NL(非线性)映射作用于离散模型,使之成为连续模型,同时实现了单元拓扑变量由离散到连续的转换过程.以往ICM方法的求解途径中,上述第一步只是起到理论推导的作用,构造约束函数同其它建模与求解等算法均包含在第二步里,因此属于“一步求解”途径.B-ICM虽然属于“两步求解”途径,但是优化模型寻优仍然沿用ICM方法惯用的序列对偶二次规划算法.本文以位移约束的体积极小化结构拓扑优化问题为例,示例了上述建模及求解过程.单载荷工况和多载荷工况的算例,均印证了本文的研究实现了预期构想,与目前旨在得到清晰拓扑的3种方法(1、考虑Heaviside投影的SIMP方法;2、浮动投影拓扑优化<简称为FPTO>方法;3、非惩罚的光滑边界材料分布拓扑优化<简称为SEMDOT>方法),以及ICM方法以往的求解途径,进行了迭代次数、清晰程度、寻优能力等方面的对比,结果表明B-ICM求解途径表现最好.本文研究不仅丰富了ICM方法建模策略,推动了ICM方法求解途径的完善,也为解决模糊边界问题提供了一种优越的做法.过往的连续体结构拓扑优化求解,因消除棋盘格和网格依赖性问题而采取的过滤操作导致最优拓扑构型产生模糊边界,而且过滤半径越大,则边界越模糊.本文克服了这些令人堪忧的问题,可以成功地得到最优拓扑构型的清晰边界.值得提及的是,本文研究的关键技术,可以移植到包括变密度方法等所有连续变量优化的方法中. 展开更多
关键词 结构拓扑优化 ICM方法 两步求解途径 线性映射 非线性映射 位移约束的体积极小化问题
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基于瞬态流场分析的小排量潜油螺杆泵的结构优化设计 被引量:2
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作者 祖海英 付灵芝 +2 位作者 叶卫东 刘永鹏 张维良 《流体机械》 北大核心 2025年第6期58-66,共9页
针对小排量潜油螺杆泵因泄漏量大导致容积效率低的问题,以GLB-20型螺杆泵为研究对象,借助Ansys Fluent软件,基于用户自定义函数(UDF)和动网格技术构建流体仿真模型,对小排量潜油螺杆泵的瞬态与稳态流场进行模拟;探究偏心距、定子导程、... 针对小排量潜油螺杆泵因泄漏量大导致容积效率低的问题,以GLB-20型螺杆泵为研究对象,借助Ansys Fluent软件,基于用户自定义函数(UDF)和动网格技术构建流体仿真模型,对小排量潜油螺杆泵的瞬态与稳态流场进行模拟;探究偏心距、定子导程、间隙等结构参数对流场流速及泄漏量的影响规律,并通过试验验证优化结果,获得螺杆泵结构的最优设计方案。结果表明,螺杆泵运行时呈现显著的谐波变化特性,流量在单个周期内出现2次脉动,与定转子导程比值一致;瞬态流场较稳态流场更贴合实际工况;间隙是影响泄漏量和流场流速的最关键因素,其中定子导程对流场流速的影响程度大于偏心距,而偏心距对泄漏量的影响程度大于定子导程。采用Box-Behnken设计法(BBD)优化后的螺杆泵结构参数:偏心距1.8 mm、定子导程78 mm、间隙0.3 mm,泄漏量较优化前减少12.7%,容积效率显著提升且流动稳定性增强。该研究成果可为小排量潜油螺杆泵的开发与应用提供设计依据和参考。 展开更多
关键词 小排量潜油螺杆泵 瞬态流场 用户自定义函数(UDF) BBD响应面法 结构优化设计
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