1 上海交通大学 智慧能源创新学院，上海 200240
2 上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240
为了实现对空间热离子反应堆燃料元件运行期间安全性能的预测，研究开发了一种燃料元件力学性能分析程序，并针对多层圆筒状的TOPAZ-Ⅱ热离子燃料元件开展了应力、应变和几何变形的高精度模拟。程序考虑了核燃料在高温辐照环境下的辐照肿胀，并分析了燃料芯块-发射极在发生接触后的力学响应问题，从而快速且准确地求解燃料芯块和发射极的力学状态，以对空间热离子反应堆运行期间的性能提供准确预测。结果表明：在正常运行情况下，空间热离子反应堆燃料会发生显著的肿胀效应，其造成的变形将导致燃料元件热电转换效率降低、元件失效等安全隐患。
空间堆 燃料元件 辐照肿胀 力学分析 space reactor fuel element irradiation swelling mechanical analysis 强激光与粒子束
2024, 36(3): 036001
1 辽宁工程技术大学 矿业学院, 阜新 123000
2 中煤能源研究院有限责任公司, 西安 710054
为解决冲击地压矿井承载区段煤柱的冲击危险问题, 以兴隆庄煤矿B4328工作面的实际开采情况为例, 采用理论分析法在工作面掘进和回采期间对煤柱进行了稳定性力学分析, 计算了合理煤柱宽度; 建立了Phase2数值计算模型, 得到该煤柱在不同采掘状态下的应力分布规律; 根据应力集中程度在巷道两帮及底板实施大直径钻孔预卸压方案, 同时制定了在工作面回采前运输顺槽支护的补强措施。研究结果表明: 运顺掘出后巷道侧煤柱塑性区宽度为4.71 m, 采空区侧塑性区宽度为14.45 m, 认为煤柱仅受单侧的采动影响和掘巷应力重新分布影响, 25 m煤柱处于相对稳定状态; 同时模拟计算表明运顺开挖区域处于采空区支承压力峰值下降但数值仍较高的位置, 且外帮冲击危险大于内帮, 需要加强支护且对煤柱弹性核区域采取预卸压措施, 由于承载区段煤柱在采掘期间受扰动较小, 卸压后煤柱两侧将基本处于塑性状态, 弹性区开始产生塑性变形, 弹性能缓慢释放, 冲击危险程度降低。冲击地压危险监测数据表明防冲效果较好, 研究结论可为相似条件下较大尺寸的承载区段煤柱防冲问题提供理论与实践依据。
承载区段煤柱 力学分析 冲击地压 数值模拟 防治措施 bearing coal pillar mechanical analysis rock burst numerical simulation prevention measures
1 上海交通大学 核科学与工程学院上海 200240
2 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院哈尔滨 150009
螺旋十字燃料（Helical-Cruciform Fuel，HCF）是一种革新形式的燃料组件，具有比传热面大、导热距离短、旋流交混强、无须格架支撑的特点，可提高堆芯功率密度。然而，HCF组件自支撑位置可能发生应力集中，导致包壳产生塑性变形甚至破裂。本文研究不同工况下HCF棒束热力耦合响应，以包含中心目标棒及周围的3×3棒束单元为计算域进行热力耦合分析，获得HCF组件的应力应变响应，评价包壳完整性。结果表明：HCF包壳外表面von Mises应力和塑性变形最大值总是出现在相邻燃料的接触位置；翼片顶部包壳应力受接触约束和包壳内外表面温差影响，肋部凹槽区域的应力与包壳径向温度梯度有关；相对于单相工况，饱和沸腾工况下HCF包壳塑性变形大但von Mises应力小；反应性引入事故和破口失水事故下，包壳的von Mises应力和塑性应变分别低于350 MPa和0.04，且包壳温度低于锆水反应温度。
螺旋十字燃料 热力耦合分析 燃料性能 Helical cruciform fuel Thermal-mechanical analysis Fuel performance
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
3 上海卫星工程研究所, 上海 200240
4 上海利正卫星应用技术有限公司, 上海 200240
掠入射X射线聚焦望远镜的支撑框架结构设计是望远镜研制的关键技术之一。国内规划中的XTP卫星低能聚焦望远镜拟采用基于超薄玻璃的X射线聚焦望远镜方案, 针对望远镜样机严苛的光学和力学性能要求, 经过结构选型优化, 设计了一种一体化的六边形桶式望远镜支撑结构。利用有限元软件对支撑结构进行了模态分析和频率响应分析, 并与力学实验进行了对比验证。结果表明, 该支撑结构具有较大的结构刚度, 望远镜结构在发射环境下不会发生破坏性改变, 满足力学性能要求。该支撑框架结构简洁、装配精度高, 具有良好的工艺性, 为望远镜的研制提供了参考。
掠入射X射线望远镜 结构设计 力学分析 振动试验 grazing incidence X-ray telescope structure design mechanical analysis vibration test 红外与激光工程
2018, 47(4): 0418002
南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求, 本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座, 并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子, 安装在平台基座底部, 通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置, 就可以改变定子与移动台间的预压力, 进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理, 分析各参数对平台运动的影响, 进行了力学建模; 而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素, 为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理, 在力学建模中引入了LuGre摩擦模型, 并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40 mm×40 mm×18 mm, 质量为32 g。试验表明: 该平台最小可实现10 nm的运动步长, 速度最高可达2.5 mm/s, 行程为22 mm。
黏滑驱动 压电叠堆 平台 精密运动 力学分析 stick-slip driving piezoelectric stack platform precision motion mechanical analysis
1 泉州师范学院 应用科技学院, 福建 泉州 362000
2 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
提出一种通过扭转引起光强变化来检测电流的磁敏传感器结构, 包括扭转微镜结构和光检测部分。分析了传感器的磁敏原理和力学理论, 根据结构设计综合考虑给出了传感核心部件的结构参数, 通过仿真获得不同电流下扭转力矩与扭转角度、各结构参数的关系曲线, 最后通过实验验证了分析的干扰信号的合理性, 所要测量的交变电流信号跟测得的光强信号成正比, 表明该电流传感器具有一定的实际应用价值。
扭转微镜 电流传感器 磁敏元件 力学分析 torsional micro-mirror current sensor magnetic sensing element mechanical analysis
1 中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621999
2 西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710000
研究了压电位移放大机构的运动学和动力学建模问题。基于能量守恒原理和弹性梁弯曲理论推导了桥式位移放大机构的位移放大比等静力学解析模型; 在此基础上, 通过拉格朗日方程建立了桥式位移放大机构的固有频率解析模型。通过有限元计算验证和分析了提出的解析模型的可行性和优越性, 并与国内外典型的位移放大比数学模型进行了比较。结果表明: 由于本文提出的模型考虑了位移放大机构的拉伸和弯曲变形, 并且摒弃了国内外普遍采用近似几何关系进行数学推导的思路, 因此所建立的位移放大比解析模型精度更高; 固有频率解析计算结果与有限元模态分析结果的相对误差约为5%。得到的结果显示: 本文给出的建模方法以及位移放大比、固有频率等解析模型可为柔性机构的优化设计和研制提供依据和参考。
压电执行器 微位移放大 柔性机构 柔性铰链 力学解析 有限元分析 piezoelectric actuator displacement amplification compliant mechanism flexure hinge mechanical analysis finite element analysis
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
光学镜面的变形包括刚体位移和面形误差(表面畸变)，分析刚体位移和面形误差对于评价光机系统的环境适应性、空间位置稳定性和成像质量具有重要作用。根据坐标转换法去除镜面变形中的刚体位移，论述了曲面拟合、法线方向和光轴方向三种面形误差统计方法的原理并进行了深入比较，针对不同重力及温度工况计算了镜面面形误差的均方根(RMS)值及峰谷(PV)值。引入镜面弥散斑RMS 半径并将其作为面形误差大小的光学评价标准，通过三次插值算法生成栅格矢高面，在ZEMAX 软件中建立了高精度的镜面面形误差光学模型，最后采用面形误差的RMS 值及PV 值与弥散斑RMS 半径之间的线性关系考查了三种面形误差统计方法的光学性能。研究结果表明：曲面拟合法统计的面形误差信息不完整，适用于镜面面形方程参数不发生明显改变的工况。法线方向和光轴方向两种统计方法统计的面形误差信息完整，可以全面地衡量光机系统的成像质量。
测量 面形误差 刚体位移 均方根半径 栅格矢高面 光机集成分析 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 041201
