具有两条裂纹的转轴刚度特性分析及应用

基于断裂力学理论,采用应变能释放率的方法得到具有两条裂纹的转轴在受到两垂直剪力作用下的附加柔度矩阵和刚度矩阵,分析了转轴上裂纹的张开程度、裂纹深度、裂纹夹角等参数的变化对其在两剪力方向上的刚度及耦合刚度的影响。以具有两条不同裂纹夹角的转子系统为例,介绍了转轴刚度矩阵在裂纹转子故障诊断上的应用。研究结果表明:采用该方法得到的不同裂纹参数下的转轴刚度矩阵精度较高,将其应用到转子的故障诊断中可以清晰的反映出转子的故障特征,从而有效的实现转子裂纹故障诊断。     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

内连导线线宽对沿晶微裂纹演化的影响

基于应力诱发表面扩散的经典理论,用有限元法模拟了线宽对铜内连导线中沿晶微裂纹演化的影响。数值模拟结果表明:随着线宽的减小,椭圆形沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势,且演化分节存在临界线宽珔hc;当珔h≤珔hc时,沿晶微裂纹分节成3个新的沿晶微裂纹;当珔h珔hc时,沿晶微裂纹圆柱化。沿晶微裂纹分节时间^tf随线宽的减小而减小,即减小线宽会加速微裂纹分节。临界外载珋σc与临界形态比βc随线宽的减小而减小,即减小线宽有利于沿晶微裂纹分节。临界外载和临界形态比随晶界能与表面能比值的增大而减小,且沿晶微裂纹比晶内微裂纹更易发生分节。     

带迎角下超音速飞机轴对称进气道锥形激波与外罩唇口相对位置的讨论

作者在试验中发现,超音速飞机轴对称进气道在迎角下,中心锥体上背风侧的斜激波倾角增大,斜激波离开唇部,而迎风侧的斜激波倾角减小,它进入外罩唇口的内侧。计算结果与试验观察到的完全吻合。这同苏联教科书中和国内沿用的观点恰好相反。     

带升力风扇飞翼布局飞机机翼开口处二维气动特性研究

带升力风扇飞翼布局飞机不仅可实现垂直/短距起降,还拥有飞翼布局飞机的气动优点。为获得开口对机翼气动特性的影响规律,对平飞状态下机翼开口中心处的纵向剖面进行气动仿真,分析升力系数、阻力系数和力矩系数随来流速度和迎角的改变而变化的特性。结果表明:在迎角一定的情况下,随着来流速度的增大,阻力系数和力矩系数呈上升趋势;来流速度一定时,随迎角加大,升力系数增大,阻力系数先减小后增大;力矩系数随之减小,且一直都产生低头力矩。研究结果对开口位置和形状的进一步优化提供了依据。     

地面效应下的不同翼型亚声速气动特性分析

采用数值方法研究了亚声速地面效应条件下不同翼型的气动特性,进一步以Ma=0.5来流工况为例,研究了翼型参数和飞行高度对气动特性的影响。计算结果表明在Ma为0.5、迎角为6°的地效情况下,翼型弯度减小,更容易在翼型前缘产生激波阻力;翼型下翼面后缘弯度增大使得后缘压力更高,升力系数和低头力矩相应增大;随着飞行高度的减小,地效作用加强,翼型下翼面压力增大,下翼面的升力增量大于上翼面吸力损失,机翼升力系数和升阻比增加越来越显著。     

进气道进口格栅电磁散射特性及试验验证

基于斜切45°规则进口直腔进气道,设计了5mm×5mm格栅、15mm×15mm格栅、进口开放和封闭4种模型。结合多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole method,MLFMM)对格栅电磁散射特性进行仿真研究,并制作了相同的试验模型进行验证,获得了格栅特征几何参数,如格栅孔间距、格栅倾角以及格栅厚度等对电磁散射特性的影响。研究表明:(1)格栅电磁散射特性数值计算结果在角域-30°~30°范围内与试验结果比较吻合,验证了仿真计算的有效性;(2)10GHz下,格栅孔间距为λ/2时,格栅电磁屏蔽效率约为43%,而孔间距达到λ/6时,接近于完全屏蔽;(3)随着格栅倾角增大,格栅电磁屏蔽效果逐渐减弱;(4)随着格栅厚度增加,格栅电磁屏蔽效率增加,但增加的幅度逐渐减小。     

疲劳裂纹尖端塑性变形的研究

采用弹塑性有限元方法研究了疲劳裂纹尖端的塑性区形状和尺寸以及加载与卸载过程中裂纹面形状的变化，通过比较相同条件下静态裂纹与疲劳裂纹面张开位移的差异，研究了疲劳裂纹尖端尾纹中残留塑性变形的形成，讨论了裂纹尖端尾纹中残留塑性变形对裂纹闭合现象的影响。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法,考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响,建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法,对动力学方程进行了数值求解;通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型,分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时,轴承的支承刚度会产生4%左右的波动,输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%;支承刚度的时变性使得系统的非线性增强,稳定性变差;支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大,对并车级动载系数影响较小。     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的变形特性分析

应用面元法和有限法建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的流固耦合分析方法。数值仿真结果表明:位于变形后缘上表面的柔性蒙皮在气动载荷作用下将被"吸"成鼓包形状,且这个局部变形对翼型后缘部分的压力分布具有很大影响。在此基础上,研究了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形随其弹性模量、厚度和初始预应变的变化规律。可以得出,柔性蒙皮的变形量随着翼型后缘偏角的增加而先增大后减小,并不是随着后缘偏角的增加而增大;增加蒙皮的厚度可以减少柔性蒙皮的最小弹性模量和最小拉伸刚度,但蒙皮的厚度受限于机翼的结构空间;满足Jacobs形变准则的蒙皮最小拉伸刚度随着蒙皮预应变的增加而降低。     

后掠与无后掠压缩角模型产生的激波/边界层干扰的非定常特性

介绍了10个压缩角模型在M数为2.011、2.504、3.015时产生的激波/边界层干扰的非定常特性的试验研究结果.压缩角模型的流向压缩角分别为15°、20°、24°,后掠角分别为0°、20°、40°、60°.实验结果表明(a)所有无后掠压缩角和大多数20°后掠压缩角产生柱形干扰,而大后掠压缩角则产生锥形干扰;降低来流M数或增大模型后掠角有利于从柱形干扰转变为锥形干扰.(b)间隙区内的压力脉动出现低频峰值,此峰值随着模型后掠角增大或流向压缩角减小而减小;然而随着来流M数增大,此峰值在柱形干扰区减小,而在锥形干扰区略增大.对于锥形干扰,无粘激波的平均激波强度是控制其干扰特性的主要因素.     

铝合金板广布疲劳损伤载荷谱加重的数值分析

在三排45孔铝合金试验件载荷加重试验基础上,对该模型进行了细致的有限元计算,系统地分析了广布损伤裂纹尖端相互影响因子分布和载荷加重裂纹扩展规律。结果表明:对于两个裂纹参数ai和aj影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj的增加而增加,随着ai的增加而减小;对于3个参数ai,aj和ak影响的裂纹尖端相互影响因子βi,随着aj和ak的增加而增加,随着ai的增加而减小;载荷加重后对β没有影响,这是由于有限元模型进行的是线弹性分析。由有限元法、构件疲劳额定系数法和构件细节数效应系数法3种方法计算的载荷1.2倍加重后的裂纹扩展量Δa1.2和原载荷扩展量Δa的比值η,在加载比较小,裂纹比较短时,多裂纹的扩展可以看作独立的裂纹扩展,可以吻合得很好,大约在2左右;但是当加载比较大,裂纹比较长时,裂纹尖端的相互影响因子变大,裂纹的扩展会快速增加,用有限元法可以更好地预测。     

低速冲击下裂纹成核的位错模型

从理论上研究低速冲击下金属材料中微裂纹的成核,建立了裂纹成核的位错模型,并在其中考虑温度与晶粒尺寸的影响;给出了在低速冲击载荷作用下脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度判据;定义了体现材料抗低速冲击能力的速度阻抗,确立了脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度阻抗的计算表达式;分析了在裂纹成核过程中的尺寸效应和脆性-延性转变。结果表明,裂纹成核的速度阻抗都随着晶粒的粗化而减小;脆性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而增加,而延性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而减小,两者的交点确定了脆性-延性转变温度。     

基于单颗粒追踪法研究聚氧化乙烯溶液的微流变特性

基于单颗粒追踪方法研究了不同温度与浓度下聚氧化乙烯（PEO）溶液的微观流变特性。根据广义Stokes-Einstein关系及复杂流体黏弹性理论,利用颗粒追踪技术,对浓度为0.4 wt%~1.0 wt%的PEO溶液在25℃、35℃和45℃时的微观流变特性进行了测量和分析。研究结果表明,随着被测溶液浓度的增加,探针颗粒的布朗运动受限趋势增大,其中浓度为1.0 wt%的PEO溶液在25℃时布朗运动受限最为显著。黏弹特性模量求解结果表明:在实验条件下,PEO溶液的黏性模量（G"（ω））占主导而弹性模量（G'（ω））表现较弱;在相同温度下,黏弹性模量随着溶液浓度上升而增大;随着温度的升高,溶液弹性模量和黏性模量都呈现减小趋势,且弹性模量减小速率大于黏性模量减小速率。均方位移标准差分析表明,基于单颗粒追踪的微流变测量误差随追踪时间的增加呈增大趋势。     

表面开口斜裂纹超声表面波频谱法测量的数值模拟

文章建立了含表面开口斜裂纹的二维有限元模型,在模型中引入Sarmar吸收边界,对脉冲超声表面波的激发、传播和在斜裂纹处的散射进行了分析,并利用频谱法对斜裂纹深度测量进行了数值模拟.通过模拟波场快照图观察了脉冲超声表面波在表面开口斜裂纹处的散射和波型转换过程.对透射波信号进行了频谱分析,得到了斜裂纹倾角和深度参数与吸收频率的对应关系.     

低应变率下最大骨料粒径对混凝土动态尺寸效应影响:细观模拟（英文）

本文主要探讨了低应变率下最大骨料粒径对混凝土材料破坏行为及尺寸效应的影响。首先,考虑混凝土材料内部的非均匀性和应变率效应,采用细观数值方法模拟了混凝土材料的破坏过程。基于细观数值模拟方法,研究了不同尺寸混凝土试件的破坏行为。其次,从细观层面上研究了最大骨料粒径对混凝土破坏模式、名义强度及其尺寸效应的影响规律。结果表明,在单轴压缩和拉伸载荷作用下最大骨料粒径对混凝土破坏模式有显著影响。在准静态荷载作用下,混凝土抗拉强度随着最大骨料粒径的增大而增大,抗压强度随着最大骨料粒径的增大则是先增大后减小。此外,随着应变率的增大,混凝土材料强度尺寸效应被逐渐减弱。当应变率达到1 s~(-1)时,混凝土强度尺寸效应消失。最大骨料粒径对混凝土单轴压缩和拉伸强度动态尺寸效应的影响可忽略。     

基于热流体动力润滑分析的滑动轴承平衡位置和动力特性系数研究(英文)

建立了考虑润滑油粘热效应的滑动轴承热流体动力润滑分析模型,采用有限元法分析滑动轴承油膜压力和温度分布。对有限元方程关于扰动项求导直接得到油膜压力对于各扰动项的偏导数,并且通过油膜压力对于扰动项的偏导数构建油膜力Jacobi矩阵。采用Newton-Raphson方法确定给定静载下的轴承平衡位置,同时不需要额外的计算即可通过油膜力Jacobi矩阵获得滑动轴承动力特性系数。通过算例研究了轴承几何参数对滑动轴承动力系数的影响。分析结果表明,油膜温度对轴承刚度系数的影响大于阻尼系数;在轴承偏心率较小时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而增大;而在轴承偏心率较大时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而减小。     

液滴撞击液面形成的液坑形态特征及其重力势能分析

用高速相机拍摄了不同直径的液滴（纯净水）以不同速度撞击不同深度液池的过程,对液坑的形态特征和规律进行了分析。液池较深时,当液坑体积达到最大时,其形状基本为半球形;液池较浅时,受池底限制,液坑不能充分发展,体积达到最大时,形状呈被横切掉底部的半球形。液池较深时,生成的液柱较粗且低,分离出的次生液滴较少;液池较浅时,液柱较高且细,分离出的次生液滴较多。无量纲液坑最大水平长度和无量纲最大深度均随韦伯数增大而增大,液滴直径越大,无量纲液坑最大水平长度和最大深度越小;液池较深时,无量纲液坑最大水平长度和最大深度随液池深度减小而增大,然而,当液池浅至一定程度时,无量纲液坑最大水平长度和最大深度却明显减小。对已有的液坑重力势能模型进行了扩展,并据此分析了液坑重力势能的变化规律,研究发现:液坑的重力势能随液滴初始动能增大而增大;液池较深时,液坑重力势能随液池深度减小而增大;液池较浅时,液坑重力势能与液滴初始动能的比值更低。     

可折叠张拉整体-薄膜系统的可控形态展开

针对可折叠薄膜航天器的特点和设计需求，设计一种由杆件、弦绳、薄膜构成的新型可折叠/展开的刚柔耦合多体系统：可折叠张拉整体-薄膜系统。杆件可以提供充足的系统刚度，通过控制弦绳拉力可实现系统形态变化和形态控制，薄膜折叠技术可明显减小系统折叠形态的外形尺寸。采用非线性有限元方法建立系统动力学模型，用于描述系统运动中的几何非线性特性和薄膜折叠/展开过程中的材料非线性特性。基于准静态控制和H_∞控制方法设计一种系统形态展开组合控制策略，仿真结果表明该控制策略可以在系统预应力构型发生切换的情况下实现系统形态展开，并且在展开形态下快速稳定系统并抑制系统振动。     

微型涡流发生器对超临界翼型减阻机理实验与数值分析

针对安装在超临界翼型后部的微型涡流发生器减阻问题,先用风洞实验测出微型涡流发生器对超临界翼型升阻特性的影响,然后采用RANS方程和κ-ε湍流模型进行数值模拟,分析安装在超临界翼型后部的微型涡流发生器减阻原因。研究发现:微型涡流发生器使下游近壁面处低能气体向上卷起与外层高能气体掺混,近壁面平均湍动能增加、翼型后部脉动压强增大,压差阻力减小;湍流应力由速度梯度、湍流粘性系数和脉动压强共同决定,虽然气流掺混,弦向速度法向梯度减小、湍流粘性系数减小,但展向速度法向梯度和脉动压强增大,湍流应力增大,摩擦阻力增大;微型涡流发生器尺寸很小,完全浸没于附面层内,仅掺混与它高度相当的附面层内流体,对附面层厚度影响小,对翼型升力影响小。