环形刚框的塑性分析

本文在理想弹-塑性材料和应变平面分布的基础上,建立塑性铰概念,对环形刚框进行了塑性分析。通过塑性铰的形成,列补充方程,用静力学方法解出一超静定度数为3环形刚框所能承受的极限载荷。与弹性计算方法计算结果相比较:环形刚框所能承受的极限载荷有很大提高。这一计算实例显示出:由于考虑了材料的塑性性能和载荷在结构中的重新分布,塑性分析可以更合理的计算结构强度,更充分地利用材料,减轻结构重量。而这些对于飞机设计来说都是非常重要的。     

冷却流道布局对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

为了研究不同的冷却流道布局对大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构响应和低周疲劳寿命的影响, 采用有限体积流—热耦合计算方法、非线性有限元热—结构耦合分析方法和局部应变法对比分析了冷却剂单向逆流、单向顺流和先顺向流动再逆向流动的来回流三种流道布局方案。计算结果表明,铣槽喷管内衬最严重的节点应变主要发生在喷管前部内衬燃气侧壁面与肋条对称面及槽道对称面相交的危险区域,这也是节点低周疲劳寿命最小的位置;铣槽内衬节点的应变时间历程主要由塑性应变决定,肋条与槽道对称面上内衬节点的热结构响应存在较大差异;采用冷却剂单向逆流布局的铣槽喷管内衬节点应变幅和残余应变最大,导致喷管疲劳使用寿命最短;采用冷却剂单向顺流布局的铣槽喷管内衬节点应变幅和残余应变最小,导致喷管低周疲劳寿命最长;采用冷却剂来回流布局的再生冷却喷管铣槽内衬的热结构响应和疲劳使用寿命均处于上述两者之间,但取消了喷管尾部集合器和外置冷却剂供给管路等易失效的部件。      

固体火箭发动机壳体强度热力耦合分析

为了研究导弹发动机壳体在高空飞行时的温度、应力、应变状态,从而对壳体的结构强度进行校核,研究了导弹壳体气动加热的计算方法,建立了某发动机壳体的三维有限元模型,合理简化气动边界条件,计算壳体温度随导弹飞行时间的变化.对比风洞试验结果,有限元计算结果与试验结果一致性较好.分析了ABAQUS软件热-力耦合实现方法,对该模型施加不同时刻的外力载荷,实现壳体的热-力耦合数值分析.进行热-力耦合联合加载试验,对比计算结果与试验结果,计算结果与试验结果吻合较好.壳体的应力、应变都远小于材料的极限值,壳体结构安全.该有限元计算方法可以用来进行壳体的热-力耦合强度分析.     

高硅氧/酚醛喷管扩张段的温度场计算与测定

本文通过圆柱座标系径向瞬时热传导偏微分方程,对喷管硅基内衬扩张段进行了温度分布数值计算.喷管结构是以石墨为喉衬,高硅氧/酚醛为收敛段、扩张段内衬,并为喉部背衬;壳体是钢.计算中考虑材料烧蚀时形成炭化层、热解层、原始材料层等多层结构,以及烧蚀边界的退移和材料物性随温度的变化.通过座标变换,将移动边界问题转化为定边界问题,计算结果与实验结果吻合良好.     

火箭发动机的爆破压力预估

本文用弹性——塑性和简单的不稳定性理论预估火箭发动机壳体的爆破压力。而材料的特性经验地用修正的Ramberg-Osgood的公式表示。当发动机壳体达到塑性不稳定时,就发生爆破。对发动机壳体的静态和动态两种情况进行了分析。在静态情况下,推出了爆破压力方程的显式。对于飞行状态,爆破压力是不显示地从一个超越方程的根而得出。分析计算基于如下假设:在发动机壳体最薄的断面产生破裂,如在平行的部位或圆盖形的端部。这个理论得到了验证,与试验结果极为吻合。对于特定的发动机壳体而言,预估的爆破压力的误差在3％之内。在专用设备上静态模拟飞行条件。     

密布多孔构件的低周疲劳寿命予测和试验研究

一、多孔构件应力场有限元分析　　为了计算多孔的涡轮叶片和燃烧室等构件的应力应变 ,我们编制和开发了壳体弹塑性有限元分析程序。用退化方法从三维单元推导出的曲壳单元。这种单元直接离散连续介质力学的三维方程 ,避免了由一般壳理论带来的复杂。曲面等参元具有独立的转角自由度和平移自由度 ,三维应力应变就退化为壳体情形。本文编制的这种退化壳单元程序还可进行各向异性材料的应力应变分析[1 ] 。涡轮叶片因开有很多孔而使结构强度大大降低 ,由于孔间的相互影响 ,应力场相当复杂。我们用下列三种简化模型作计算分析。三种平板尺寸为 …     

固体装药结构界面应力分析

研究了基于热黏弹性接触理论计算固体装药结构界面应力的数值方法,给出了一种快速判断界面是否脱黏的工程实用方法.以某固体装药结构为例,采用接触算法模拟固体装药多层结构复杂的边界条件,计算了挂飞工况下固体装药结构应变场特征,研究了壳体/绝热层界面应力的分布规律,结果表明:应变场云图符合工程实际,壳体/绝热层界面黏接良好,不会发生脱黏现象.      

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响.计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大;冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧;随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高;随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大.     

镍基单晶合金蠕变研究:基于晶体塑性的蠕变建模

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上,结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系.材料本构方程的积分采用了四阶Runge-Kutta法,并通过对DD3和CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力.      

一种卫星推进分系统复合材料氦气瓶的结构设计方法

为了提高航天复合材料压力容器的性能因子,根据复合材料压力容器网络理论方法提出了“参数对应关系”结构设计方法,对一种卫星推进分系统复合材料氦气瓶进行了结构设计,确定了纤维复合层承载压力,得到了不同内衬壁厚情况下气瓶纤维预紧应力与内衬压缩应力、内衬工作应力、纤维工作应力的对应关系,获得了内衬最小壁厚和纤维预紧应力区间等参数,用有限元法对气瓶结构设计进行静力学分析校核,所设计气瓶完成了全部的鉴定试验,气瓶性能因子37km,爆破压力70MPa,纤维预紧应力区间为[120MPa,270MPa].设计和验证结果表明:基于网络理论的“参数对应关系”结构设计方法可用于弹性工作金属内衬复合气瓶的研制,内衬最小壁厚的精确求解对提高复合材料气瓶性能因子是有效的.     

碳纤维缠绕复合气瓶自紧力和疲劳的数值模拟

采用数值模拟方法研究了自紧工艺对碳纤维缠绕复合气瓶的应力分布和疲劳性能的影响。基于ANSYS商用有限元分析软件,考虑气瓶封头部分碳纤维缠绕层的角度和厚度沿封头子午线的连续变化,建立了有限元模型。分析验证了54 MPa自紧压力对复合气瓶零压和35 MPa工作压力下内衬和复合材料缠绕层应力的影响,并利用Coffin-Manson公式预测了复合气瓶的疲劳寿命。结果表明,自紧后复合气瓶内衬在工作压力下的最大应力减小了29.1%。有限元计算的疲劳寿命结果与实验测定结果之间的误差<8%,验证了有限元模型和计算方法的正确性。     

玻璃钢-不锈钢衬里复合管道应力变形数值模拟

主要就内径为200mm玻璃钢-薄壁不锈钢衬里复合管道在工作载荷和过载条件下的应力变形情况进行了数值模拟。数值模拟的结果表明：在设计工作压力下管道是安全的，并且应力、应变和径向位移在玻璃钢壳层和不锈钢衬里的界面处是连续分布的，这保证了载荷在界面处的连续传递；当管道内部压力达到设计工作戢荷的2．2倍时，不锈钢衬里几乎达到全面屈服，但玻璃钢壳层中的应力还远远小于其断裂极限，管道仍然具有进一步承载能力；进一步加大载荷至7．4倍的设计压力，玻璃钢壳层达到断裂极限，管道破坏。计算结果与实验结果吻合良好，说明这种复合管道具有较高的承受过载的能力，管道的设计具有较大的安全系数。当内径200mm长度达6m充满水的复合管道在距端部1m处支撑时，管道的最大挠曲产生在管道的中部．最大挠度为0．3mm．这与实验结果也是一致的。     

卫星用复合材料气瓶性能

通过对环氧树脂、NOL环力学性能、金属内衬表面性能、复合材料真空质损和复合材料气瓶性能等进行研究和分析,研制出一种用于卫星推进系统的复合材料气瓶.结果表明:该复合材料气瓶经150次疲劳试验后爆破压强为86 MPa,容器特征系数达57.7 km,且满足真空使用环境要求.     

可重复使用复合材料气瓶设计及试验验证

为了适应未来重复使用运载器更高的重复使用性能要求,设计了一种航天用轻质高压可重复使用复合材料气瓶,采用金属内胆/复合材料层结构形式。复合材料采用T700碳纤维复合材料,金属内衬采用铝合金。采用有限元仿真和试验验证的方法对气瓶的强度和重复使用性能进行了分析和验证,其仿真爆破强度为81 MPa,试验爆破强度84 MPa,仿真与试验疲劳失效次数均大于1 200次。结果表明,所设计的重复使用复合材料气瓶满足23 MPa工作压力重复使用300次要求。     

基于渐进损伤的纤维全缠绕铝内胆气瓶自紧工艺

采用渐进损伤的分析方法对纤维全缠绕铝内胆气瓶的力学行为进行分析。基于三维Hashin失效准则,自定义刚度折减方案,编译VUMAT子程序,实现了复合材料层合板损伤的产生和演化过程的模拟。依据经典网格理论并结合实际情况,建立气瓶有限元模型。分析了复合材料层渐进损伤发展和累积的过程,验证了自紧工艺对提高气瓶承载力的必要性,提出了合理的自紧力范围。研究结果表明,损伤发生的顺序或可能性:基体拉伸拉伸分层纤维拉伸/基体压缩,且损伤大都从螺旋缠绕层开始。除基体拉伸损伤由封头向筒体发展,由复合材料外层向内层发展,其余损伤大都从筒体中部向两端发展,由内层向外层发展。当自紧力为最大工作压力的1.5~1.65倍时,气瓶的应力分配得到改善,承载能力得到提高。从减少复合材料的损伤和最大程度降低内衬应力的角度,最优自紧力应为最大工作压力的1.5倍。     

金属内衬纤维增强复合材料筒体设计

研究了金属内衬纤维增强复合材料筒体的设计方法,推导出了环向及螺旋加环向纤维缠绕的金属内衬筒体计算公式。以算例表明,该方法在保证壳体爆破强度前提下,达到了壳体减重和增加刚度的效果。本研究以固体火箭发动机壳体设计为背景,可以延伸用于一般压力容器。     

铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶自紧压力分析

应用解析计算的方法对铝内衬碳纤维全缠绕复合材料气瓶在内压情况下的弹塑性历程进行了分

析,推导并得到了气瓶的自紧压力,通过水压应变测试及疲劳试验的方法进一步验证了计算结果的合理性。经

对比分析,文中提到的计算方法可用于今后相似结构气瓶的自紧力计算。

     

基于剖面翘曲修正理论的复合材料叠层梁动态特性分析

 利用复合材料叠层结构剖面翘曲修正理论和瑞利原理，导出了叠层梁的固有振动方程，然后利用升阶谱有限元法作数值计算，给出了叠层梁的动态特性及相应的动应力分布。与一阶剪切理论相比，指出一阶剪切理论在高频计算时有较大的误差     

复合材料气瓶铝内衬缺陷对疲劳及爆破性能的影响

研究了复合材料气瓶在生产过程中金属内衬存在的凹坑、裂纹以及腐蚀等的缺陷类型,并且对存有以上缺陷类型的复合气瓶进行疲劳及爆破实验,研究其对气瓶的性能影响.结果表明:金属内衬缺陷的存在会使得气瓶在承受内压载荷的过程中,金属内衬在缺陷位置出现应力集中,提前出现裂纹的扩展,使得金属内衬失效,无法充分发挥复合材料层高强度的优势,使得复合材料气瓶的疲劳失效次数及爆破强度大大降低,影响最终的使用性能.     

R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟

采用SIMPLE算法,应用带有旋流修正的k-ε双方程湍流模型及有限速率／涡耗散化学反应模型,对R011O重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒进行了三维数值模拟计算。将计算出的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温与试验结果进行了对比分析。燃烧室进口流量、温度、压力等气动参数均与试验时保持一致,火焰筒各部分空气流量也均按火焰筒空气流量分配试验结果给定。计算和对比分析的结果表明,计算得到的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温分布与试验结果比较接近。