检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2024年第5期56卷 1261-1270页

作者：徐义祥杨刚邢钰林胡德安湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,... 详细信息

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

关键词：耦合方法不可压缩光滑粒子流体动力学方法有限体积法气泡上升自由表面相互作用

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考虑惯性载荷的结构热力耦合拓扑优化

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机械工程学报 2024年第13期60卷 130-140页

作者：郑静荣轩霈姜潮米栋李加强湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优... 详细信息

现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优化模型,在体积约束条件下优化结构的柔顺度;其次,给出了惯性载荷的计算方法,针对低密度区域材料分布不收敛的问题提出了一种改进的材料插值惩罚模型,并基于此推导了结构柔顺度关于拓扑设计变量的敏度;最后,采用了基于梯度的移动渐近线法(Method of moving asymptotes, MMA)更新拓扑设计变量。此外,开发了基于MATLAB和ABAQUS的热力耦合拓扑优化平台,可适用于复杂工程中不规则结构设计域的拓扑优化问题。数值算例结果表明,所提出方法可有效避免低密度区域结构分布模糊的现象,具有良好的收敛性。

关键词：拓扑优化热力耦合惯性载荷

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气动软体致动器研究综述

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机械科学与技术 2024年

作者：肖伟胡国良肖毅华胡德安华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力... 详细信息

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力学建模和应用方面的研究。最后，总结了气动软体致动器在气源供给、可靠性和力学建模方面所面临的挑战，并指出了该领域今后的研究方向，有望为气动软体致动器的未来发展提供参考，进而促进软体机器人的实用化。

关键词：气动软体致动器结构设计力学建模软体机器人

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超冗余蛇形臂双侧偏移跟随逆解算法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：唐洁琼万德涛杨刚胡德安湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室

针对超冗余蛇形臂机器人冗余自由度多、逆解求解复杂、计算量大、运动偏移量大的问题，本文提出了一种超冗余蛇形臂机器人的双侧偏移跟随逆解算法。本算法将蛇形臂的位置更新方式调整为双侧偏移跟随，通过新位置轴线与原位置轴线交点的... 详细信息

针对超冗余蛇形臂机器人冗余自由度多、逆解求解复杂、计算量大、运动偏移量大的问题，本文提出了一种超冗余蛇形臂机器人的双侧偏移跟随逆解算法。本算法将蛇形臂的位置更新方式调整为双侧偏移跟随，通过新位置轴线与原位置轴线交点的优化选择，并利用点、线关系求解更新位置，将蛇形臂逆解转化为单节蛇形臂运动学逆解迭代计算，以降低蛇形臂的运动偏移量，同时提高求解效率。通过数值实验，与改进的末端跟随算法、FABRIK算法进行对比分析，表明双侧偏移跟随算法可以有效减小运动偏移量，并保证良好的求解效率。

关键词：超冗余蛇形臂双侧偏移跟随逆运动学

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仿香蒲结构的侧向抗冲击性能研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第10期55卷 3720-3730页

作者：尹汉锋张贺张琦张冉文桂林湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 湖南大学特种装备先进技术与仿真教育部重点实验室湖南长沙410082 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

自然界中的香蒲茎秆能较好地抵御外部和自身荷载性能,其微观结构由大量直径不相同的细胞孔构成,基于其特点提出横截面的多尺度模型,并设计一种具有良好侧向抗冲击性能的仿香蒲结构。使用有限元方法研究仿香蒲结构的侧向抗冲击性能,对其... 详细信息

自然界中的香蒲茎秆能较好地抵御外部和自身荷载性能,其微观结构由大量直径不相同的细胞孔构成,基于其特点提出横截面的多尺度模型,并设计一种具有良好侧向抗冲击性能的仿香蒲结构。使用有限元方法研究仿香蒲结构的侧向抗冲击性能,对其相关参数进行分析,建立同质量的仿竹子、仿双节竹、仿仙人掌、仿马尾草、仿蜘蛛网和仿螳螂虾共6种仿生模型,并与仿香蒲结构模型进行对比。研究结果表明:横向胞壁间距、胞孔壁厚度、表皮厚度、胞孔直径这4个参数对仿香蒲结构的性能有显著影响,在较小的横向胞壁间距、中等的胞孔壁厚度、较大的表皮厚度以及由外到内先变大后变小的胞孔直径下能得到较高的比吸能;新型仿香蒲结构的比吸能和冲击力均明显比其他仿生结构的高,说明仿香蒲结构具有较强的吸能能力和较高的吸能效率。

关键词：薄壁结构仿香蒲结构有限元法侧向抗冲击三点弯曲

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抗侵彻孔结构装甲的可靠性优化设计

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高压物理学报 2022年第4期36卷 191-205页

作者：姚晨辉杨刚张哲李安祺湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室湖南长沙410082

孔结构装甲在满足抗侵彻性能的同时需实现减重,因而轻量化设计具有工程实际意义。以孔结构装甲的轻量化为设计目标,抗侵彻性能为约束条件,考虑不确定性因素的影响,开展孔结构装甲的可靠性优化设计。样本点采用最优拉丁超立方法设计生成... 详细信息

孔结构装甲在满足抗侵彻性能的同时需实现减重,因而轻量化设计具有工程实际意义。以孔结构装甲的轻量化为设计目标,抗侵彻性能为约束条件,考虑不确定性因素的影响,开展孔结构装甲的可靠性优化设计。样本点采用最优拉丁超立方法设计生成,孔结构装甲抗侵彻仿真的参数化建模及响应计算通过商业软件ANSYS的二次开发实现,引入Kriging代理模型和期望改变量(expected improvement,EI)加点法构建性能函数,最后采用序列优化与可靠性评估方法(sequential optimization and reliability assessment,SORA)进行可靠性优化设计。结果表明,可靠性优化后,孔结构装甲在满足抗侵彻性能和相关可靠度指标的前提下,可有效地实现减重11.5%。研究结果可为其他抗侵彻防护结构的可靠性优化设计提供参考。

关键词：孔结构装甲轻量化设计 Kriging模型可靠性优化

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储能锂离子电池包单体内部温度压力模拟

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电力系统保护与控制 2022年第15期50卷 138-146页

作者：黄志亮王怀兴阳同光黎灿兵李航洋湖南城市学院智慧城市能源感知与边缘计算湖南省重点实验室湖南益阳413000 湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室湖南长沙410082 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

针对储能锂离子电池热失控引发的安全问题,开发一种高效锂离子软包电池内部温度压力模拟方法,为储能系统提供电池状态实时监测工具。首先,通过融合化学反应模型、热路模型和膨胀模型,将软包电池内部生热、产气、传热、膨胀等过程集成到... 详细信息

针对储能锂离子电池热失控引发的安全问题,开发一种高效锂离子软包电池内部温度压力模拟方法,为储能系统提供电池状态实时监测工具。首先,通过融合化学反应模型、热路模型和膨胀模型,将软包电池内部生热、产气、传热、膨胀等过程集成到统一的计算框架中。其次,建立基于微分方程组的软包电池温度、压力计算模型,反应模型和热路模型通过温度、生热率等状态参数彼此耦合。再次,将该方法应用于4款电池样本进行温度、压力模拟。计算值和实测值对比表明,该方法能高效计算锂离子软包电池内部温度和压力,最大模拟误差小于4%,具有良好的计算精度。并且,该方法求解过程无需调用耗时的多物理场耦合仿真,计算效率高。

关键词：储能系统锂离子电池温度-压力模拟产气反应热

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航空发动机OEI应急工况模拟试验方法研究

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强度与环境 2024年第2期51卷 57-64页

作者：刘煦宸崔若尧程昊武洋洋章的王晓钢特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能... 详细信息

本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能测试,明确了两种试验方法的技术特点。其次,通过对某种典型镍基高温合金在两种加热方式下进行OEI模拟试验研究,分析了在两种加热方式下OEI对材料性能的影响,评估和比较了感应加热和热模拟电阻加热的OEI工况试验模拟效果。结果表明,由于热模拟电阻加热方法有控温精度高的优点,并且可在试样表面形成较大的均温区,因此能够更好地模拟OEI工况。相比之下,感应加热方法易在试样表面引入较大的热梯度,从而影响测温的一致性,并可能造成较大的热应力,导致OEI工况模拟的效果欠佳。因此推荐采用热模拟机试验方法作为OEI工况模拟的首选方法。

关键词：单台发动机不工作感应加热热模拟机模拟试验方法高温合金

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剪切增稠液填充多孔靶板的抗侵彻分析

剪切增稠液填充多孔靶板的抗侵彻分析

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中国力学大会-2021+1

作者：李安祺杨刚徐义祥姚晨辉湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室

介绍基于传统高硬度材料的多孔靶板可以在抗动能弹侵彻冲击的同时有效减轻靶板的总体质量,但是由于孔洞的存在,相对于实心靶板其抗侵彻作用还是有所弱化的。为了有效降低靶板质量的同时保证其抗侵彻性能,本文研究了一种剪切增稠液填充... 详细信息

介绍基于传统高硬度材料的多孔靶板可以在抗动能弹侵彻冲击的同时有效减轻靶板的总体质量,但是由于孔洞的存在,相对于实心靶板其抗侵彻作用还是有所弱化的。为了有效降低靶板质量的同时保证其抗侵彻性能,本文研究了一种剪切增稠液填充多孔靶板,即在多孔靶板的孔洞中填充剪切增稠液,使多孔靶板受到冲击作用时将部分冲击能量转换为剪切增稠的流固两态转换。研究首先通过对剪切增稠液的制备及有限空间内剪切增稠液的落锤试验选定抗冲击性能较优的剪切增稠液,

关键词：剪切增稠液抗侵彻性能

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复合材料单搭接胶接接头低速冲击数值模拟

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振动与冲击 2019年第1期38卷 142-148,186页

作者：罗书舟陈超伍乾坤胡德安湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082

数值模拟研究了不同胶胶接的HTS40/977-2碳纤维层合板单搭接胶接接头低速冲击性能。对HTS40/977-2层合板冲击过程进行仿真,与实验对比验证了HTS40/977-2层合板材料参数的有效性。采用基于Hashin准则的本构关系模拟层合板面内损伤,采用... 详细信息

数值模拟研究了不同胶胶接的HTS40/977-2碳纤维层合板单搭接胶接接头低速冲击性能。对HTS40/977-2层合板冲击过程进行仿真,与实验对比验证了HTS40/977-2层合板材料参数的有效性。采用基于Hashin准则的本构关系模拟层合板面内损伤,采用内聚力单元模拟层合板的层间分离和胶层的失效,分别建立了Araldite AV138、Araldite2015和Sikaforce 7752三种不同胶胶接接头低速冲击有限元模型,研究了胶接接头在3 J和4 J能量冲击下的失效模式和能量吸收。在失效模式方面,发现Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752三种胶接接头胶层的失效模式分别为胶层完全失效、胶层部分失效和胶层未失效,三种胶接接头都出现了不同程度的层合板层间损伤,并且层间损伤依次减小。在能量吸收方面,3J能量冲击下Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752吸收能量分别为2. 73 J、2. 06 J、1. 67 J,4 J能量冲击下吸收能量分别为2. 91 J、2. 49 J、2. 26 J。仿真结果表明,在低速冲击载荷下胶接接头的失效模式和能量吸收与胶的属性密切相关。胶的韧度越低,接头损伤越严重,能量吸收越多;胶的韧度越高,接头抵抗损伤的能力越强。研究可为复合材料胶接设计与分析提供参考。

关键词：复合材料胶接低速冲击 Hashin准则内聚力单元有限元模型

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