磁力矩器用磁性材料力学性能研究

为确定用于磁力矩器的铁镍合金、铁钴合金和铁铝合金3种磁性材料的力学性能,对它们进行了力学拉伸试验,发现材料塑性不同会对试件断裂位置产生一定影响,主要表现为塑性材料在设计薄弱部位断裂,而脆性材料在夹持应力集中位置断裂。根据这一结果,对拉伸试验进行有限元模拟分析,计算结果表明导致断裂位置差异的原因主要是设计薄弱部位的长度以及试件夹持部位出现应力集中。依据有限元计算结果,对试件进行了改进设计并重新模拟计算,结果显示,改进后的3种合金材料试件在拉伸试验中其断裂部位均出现在设计薄弱部位。铁钴合金试件改进后的拉伸试验也充分验证了模拟计算的准确性。由此给出了3种材料合理的力学性能参数。     

电磁阀泄漏故障分析及改进

针对某电磁阀在试车及关机后出现的阀座密封性不稳定现象,梳理出两种故障模式。基于此开展了电磁阀结构强度、动态特性、流场仿真计算。结合相关试验验证情况,分析了装配应力及运动过程对产品密封性能的影响,给出了阀座密封性不稳定的主要原因是装配应力使阀座密封面发生不均匀变形,造成泄漏量增大;电磁阀断电打开时的撞击及侧向流体力可能导致密封块偏斜,进而造成阀座漏量增大。据此,提出了相应的改进措施并得到热试车验证。     

液体火箭发动机管路断裂失效分析及动力优化

液体火箭发动机管路系统的安全性与可靠性已成为发动机能否安全工作的关键。针对某型火箭发动机管路断裂失效的问题,提出了管路的动强度失效分析方法与动力优化设计技术。通过机理分析与故障复现,提出了管路振动控制措施;以故障管路考核部位接头的前后倒角为设计变量,以倒角位置最低动应力为目标函数,采用结构频率禁区约束,进行动力学优化模型设计与基于形状优化的动强度优化设计;开展接头结构在基础激励下的随机振动疲劳损伤定量分析,改进方案最终通过了疲劳试验验证。结果表明,通过对管路结构的动力学优化,提升了管路结构的力学环境适应性与可靠性,验证了改进措施的有效性;所建立的结构失效分析、动力优化设计方法可为型号研制工作提供技术支撑。     

基于有限元方法的液压强度试验设备虚拟试验研究

针对液压强度试验设备,以Pro/E和ANSYS软件为工具,建立了与物理试验等效的有限元力学模型;以该设备的设计为基础,提出了协调刚度的设计方法,并基于简化的有限元模型,找到显著影响其刚度的因素,从而制定了结构改进方案,有效地提高了计算效率;并通过该设备有限元模型计算出密封垫预压缩量,分析出该密封垫存在断裂危险,进而设计了密封系统改进方案,保证了试验设备的可靠性,为液压强度试验设备的设计提供重要的参考依据。     

筒体结构星载天线抗冲击特性研究

随着航天技术的发展和探月工程的推进,航天器空间环境力学条件不断恶化,对航天器抗冲击力学性能提出了更高的要求。筒体结构天线结构形式紧凑,具有较好的动力学特性。为了得到筒体结构天线具体的抗冲击力学性能,研究时通过建立动力学分析模型,首先分析得到结构的模态参数,再根据模态结果反应出的筒体结构天线的动力学特性,结合给定的冲击力学环境建立分析条件,依据分析条件分别计算得到横向和纵向筒体结构天线顶端的时域最大加速度响应,筒体结构整体结构应力水平。分析结果表明筒体结构天线在冲击力学环境下加速度响应放大较小,各部件应力水平均能满足结构强度要求。筒体结构天线具有良好的抗冲击力学性能,可应用于需要承受较为恶劣冲击环境的航天器。     

星敏感器支架的改进设计

针对原星敏感器支架要求星敏感器头和遮光罩分离安装的问题,设计了一种星敏感器支架。它具有结构简单、轻量化和易于装配等优点,能实现星敏感器的整体安装。对改进后的支架进行了力学分析和振动试验,结果表明,该支架的强度和刚度均满足要求。     

基于仿真计算的推力架传动轴损伤分析

某水平推力架传动轴出现断裂故障,根据水平推力架结构组成和工作原理对其传动轴损伤机理进行分析,可得出该断裂为低周疲劳所致.基于ANSYS Workbench平台建立传动轴的模型,对传动轴进行强度分析,给出工作载荷下的应力强度、应变及变形计算结果.通过计算结果分析传动轴薄弱部位,得出与传动轴失效部位状态一致.对其进行改进设计,改进后基于强度分析的一种损伤分析方法对传动轴进行损伤仿真分析,得出了使用寿命次数、安全系数和损伤系数的仿真计算结果.通过对照改进前后仿真数据,结果表明改进后的传动轴安全性提高,强度提高,同时结合应力与屈服强度公式计算出传动轴的许用应力满足传动轴设计要求.     

电磁阀薄壁隔磁效果分析与试验研究

原有电磁阀组件结构加工过程复杂、生产工序多、生产周期长,导致生产效率低下。因此,开展了从结构设计上进行改进以提高电磁阀组件的工艺性及生产效率的工作。以某电磁阀组件为例,对其进行结构改进,以薄壁结构取代原先隔磁环结构。通过理论、仿真、工艺可行性分析和试验验证,证明了电磁阀组件壳体结构改进方案的可行性并可实际应用于型号产品。     

电磁阀磁路结构对动作寿命的影响

针对某发动机电磁阀寿命故障问题,分析了电磁阀衔铁卡滞的原因,确定了由于衔铁在壳体部件腔体内上下受力不均匀,产生了扭转力矩,导致在运动过程中的局部剧烈摩擦是故障的根本原因,基于此,提出了电磁阀的改进方案,验证结果表明改进磁路结构有效解决了寿命失效问题。     

某气瓶结构振动断裂故障分析及改进措施

分析了某气瓶在振动试验中出现的耳片断裂故障,从结构动力学的角度揭示产品破坏的根本原因,给出改进思路,并结合实际产品提出多种修改模型,然后通过动力学仿真计算进行改进效果的对比,从而确定最佳的修改方案.最后,对改进后的气瓶结构进行随机振动试验,试验结果表明：振动过程中,气瓶改进结构在原结构破坏位置的动应力得到明显的降低,避免结构疲劳破坏,改进可行有效.     

高模量碳纤维单向板压缩失稳破坏界面模式验证分析

鉴于高模量碳纤维复合材料压缩强度实测值和理论计算值的较大误差，为了更好地分析高模量复合材料的压缩性能，针对纤维含量为69%的国产高模量M40J环氧单向板的纵向受轴压破坏的试件，用台式扫描电镜拍摄了单向板受压断裂时断裂面的照片，通过观察分析可知单向板在受压时由于纤维屈曲失稳产生了破坏。随后建立了单向板细观力学有限元模型，分析得到了单向板的弹性模量，并将强度极限试验值与经典的以纤维的小波长微失稳为假设的伸长型压缩强度和剪切型压缩强度等理论值做了对比，最后得到了与实测结果比较吻合的细观力学模型。相比较于单向复合材料经典压缩强度理论，采用这种圆柱组合体单向板有限元模型分析得出的高模量复合材料压缩性能更接近试验实测值，对于高模量复合材料的设计和应用有一定的参考价值。     

一种高超声速机载天线结构轻量化设计

飞行器在工作时过载、振动等力学条件严酷,同时对搭载设备严格限制重量.如何在保证结构强度和变形量满足飞行环境使用要求的前提下,解决天线轻型化问题,是机载天线设计最紧要的任务之一.提出了一种迭代优化设计方法,此方法基于结构强度变化特征对机载天线进行轻型化设计,具体为采用有限元分析方法结合实际力学环境要求对初步设计的天线进行强度校核,调节设备的横断面尺寸使试验变形应力及重量满足天线设计要求.最终通过仿真计算迭代优化,实现机载天线减重的目的 .该设计方法充分融合了强度校核和迭代优化的思想,缩短了产品的研发周期,实现了产品最优化设计,为机载设备减重提供了解决方案.     

新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究,得到了典型动态拉伸真应力-真应变曲线。试验结果表明,在室温、应变率为800~4000s-1的情况下,材料的动态强度（包含屈服强度σ_0.2、抗拉强度σ_b）、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜（SEM）对试件断口进行分析,研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现,随应变率的增大,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。     

俄罗斯中央机械制造研究院强度试验中心

1 职能简介俄罗斯中央机械制造研究院强度试验中心始建于1947年,为各种运载火箭、导弹、宇宙飞行器做各种力学强度试验。该中心已完成了几乎全部原苏联的运载工具、导弹和宇宙飞行器的试验,其中包括“和平号”空间站、“能源”一“暴风雪”号航天飞机的强度试验。其主要职能简述如下: (1)研究结构的强度: ·分析受试产品在地面运输、空中运输、待发状态、主动段发射,在轨运行、舱段分离、完成予定功能及从轨道返回时的受力条件; ·选择各种状态下的计算准则,论证和确认各种产品的强度安全系数和设计余量; ·确定动载荷的动力模型、确定强度的计算图和产品的贮运状态;     

基于响应面法的单元发动机喷注器优化设计

针对某新研单元发动机喷注器热阻优化的问题,采用仿真计算分析研究支架结构参数对支架热阻与结构强度的影响,并基于响应面法(RSM)对喷注器支架进行结构优化设计。计算结果表明:在计算范围内,对支架隔热性能影响最大的是支架高度,其次是支架厚度,最后是支架孔直径。随着支架高度的增加,支架热阻逐渐增大,而支架热阻则随着支架厚度与孔直径的增加而降低。对支架结构等效应力影响最大的是支架孔直径,其次是支架高度,最后是支架厚度,并且随着支架孔直径的增加,支架结构等效应力逐渐增大,而支架最大等效应力随着支架高度和厚度的增加而减小。通过采用响应面法改进后的支架在结构强度满足发动机力学环境的条件下,喷注器热阻得到明显提高。     

燃气发生器固定连接结构可靠性改进设计

为满足某火箭发动机燃气发生器固定连接结构长期贮存和长时间高温环境下可靠工作的要求,在保证原固定连接结构形式不变的前提条件下提出了改进设计方案。新的方案采用不锈耐酸钢和高温合金钢替换原普通碳钢,同时采用了新的焊接工艺方法。为了验证新卡箍连接强度和动态特性,进行了模态分析和动应力/动应变理论计算、强度破坏和振动试验。最后通过地面热试车和飞行试验对改进设计方案进行了验证,结果表明新的卡箍提高了结构连接可靠性,完全满足发动机使用要求。     

卫星电推进系统力学环境试验工装设计

研究了一种卫星电推进系统进行力学环境试验的工装设计方法,进行了工装结构建模、结构强度与试验载荷的分析以及建立在仿真计算结果上的结构优化设计,并通过试验验证了该项设计的合理性。     

基于数字图像相关法的复合材料结构失效分析

针对纤维增强复合材料失效机理复杂的问题,采用数字图像相关法对拉伸试验中的复合材料表面位移进行数字化处理,建立了基于Hashin改进准则的结构模型,对比试验和仿真结果,分析试件的失效过程和机理。运用蒙特卡洛方法和有限元法,讨论并分析影响结果精度的因素。结果表明,数字图像相关法能够用于观察和分析复合材料结构的失效过程;基于Hashin改进准则的仿真模型与试验结果一致,可以作为进一步细观力学分析的基础;相对于其他结构参数,纵向拉伸强度对结果精度的影响更大。该结果可为复合材料可靠性分析提供理论参考。     

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析。通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析。利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法。仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果基本一致。提出多个结构改进方案,利用振动疲劳仿真计算对不同改进结构进行定量的疲劳寿命预测,优选出最佳方案。优化方案提高了管路结构的抗振性能,降低了RMS应力值和损伤,在主要破坏工况(x向振动)疲劳损伤寿命提高到3.2×107 s,其余振动方向疲劳损伤寿命分别提高到202%(y向)和190%(z向)。通过试验考核验证改进措施有效。     

大型振动台结构设计中的有限元分析与应用

振动台是振动试验系统的主体结构。文章以某大型振动台结构设计为例,探讨了有限元法在振动台结构设计中的应用。工程实践表明,有限元法在大型振动台结构分析设计中,可以解决复杂结构的力学计算问题,有助改进结构设计,提高振动台结构的合理性和可靠性。