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。

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。

以大型往复式压缩机曲轴为研究对象, 采用Box-Behnken试验设计对曲轴结构进行优化设计, 达到降低曲轴系的扭振幅值和自由端扭转角的目标。首先采用田口设计试验法从多个曲轴结构的设计参数中筛选出对曲轴系强度及扭转性能影响较大的显著因子, 然后采用Box-Behnken试验设计法对显著因子进行优化, 得出曲轴结构设计参数的最终优化值。通过对8列全平衡曲轴的曲柄厚度、中心圆盘厚度和与大端曲柄销长度进行优化结果显示, 压缩机曲轴系在一个周期内的峰值应力和自由端扭转角与优化前相比分别下降了22.4%和4.5%, 这表明, 优化后曲轴系的强度提高, 扭振幅值降低。研究结果为大型多列曲轴的研究设计提供了有效理论和有效证据。

为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、 低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结 构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下, 机架轴系的偏斜角均小于30′′,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜 机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。

为了验证实验室环境下红外导引头跟踪能力的精度, 设计了一套模拟飞行目标能量分布的目标源以及一款能够满足相应姿态条件的保障车。采用焦距为700 mm的离轴抛物面反射镜, 满足2′束散角的要求, 利用多个反射镜及离轴镜构成反射式平行光管, 模拟空间距离, 通过1%和10%两片衰减片与光阑孔调节, 实现三档能量的需要。采用微调升降机构实现0°～10°俯仰角的调节, 滚转机构用以满足0°～10°的滚转角调节, 运用液压升降机构达到0~1 000 mm升降指标。依靠力学计算和静力学分析, 得出升降臂的最大变形量为0.11 mm, 最大应力为111.6 MPa, 能够满足1 000 kg负载的要求, 同时车架的模态分析所得到的一阶振型的固有频率为25.355 Hz, 远大于产生共振的条件, 满足所设计的目标源和条件保障车指标要求。

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。

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。

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。