航空发动机用特种金属橡胶构件的应用研究

通过金属橡胶与普通橡胶的比较，介绍了金属橡胶的优越性。金属橡胶以聚四氟乙烯或铜做包皮组合构成的密封件，是特种工况下橡胶密封件的最佳替代产品。针对航空航天的需求，研制开发了几种适合于空间环境用金属橡胶隔振器及金属橡胶密封构件，并进行了相应的实验研究及性能分析。研究结果对金属橡胶构件的进一步推广应用具有重要意义。     

橡胶大变形力学常数测试研究

 本文根据能量理论推导出了橡胶大变形力学常数计算公式,并根据该原理设计制做了试验测试装置,用两种方法进行了试验测试和分析,克服了时间和滞后的影响,试验方法是有效的,测试结果令人满意。     

镍基非晶态及晶态钎料真空钎焊时母材在钎料中溶解特性的研究

以高温钎焊时液态钎料对母材溶解厚度的定量计算模型为基础，考察了采用Ｎｉ８２Ｃｒ７．５Ｓｉ４．５Ｂ３Ｆｅ３成分的镍基非晶态及晶态钎料真空高温钎焊１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢时钎料对母材的溶解特性，深入研究了钎焊温度、钎焊保温时间以及钎焊间隙等参数对母材溶解厚度的影响。结果表明，钎焊温度对母材溶蚀的影响比钎焊保温时间剧烈，而钎焊间隙增加明显促进了母材的溶解，采用母材溶解厚度计算模型可对溶蚀控制条件下的钎焊规范及钎焊间隙等参数进行优化匹配。     

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。     

化学镀镍层对30CrMo及LY12疲劳性能的影响

研究了两种不同磷含量化学镀镍层的组织结构、硬度及弹性模量,并着重研究了３０ＣｒＭｏ及ＬＹ１２经化学镀镍后的旋转弯曲疲劳性能。结果表明,低磷微晶镀层较高磷非晶镀层具有更高的硬度、弹性模量和疲劳抗力;化学镀镍层导致了３０ＣｒＭｏ疲劳强度的显著下降,但能提高ＬＹ１２的疲劳强度,表明化学镀镍层对基体疲劳性能的影响作用主要取决于基体本身疲劳抗力的高低。     

硅橡胶热膨胀模具设计与纵横加筋壁板成型质量分析

 采用闭模硅橡胶热膨胀工艺和硅橡胶辅助热压罐工艺,制备了碳纤维复合材料纵横加筋壁板,分析了2种工艺成型过程的特点及其对成型质量的影响。进一步考察了硅橡胶辅助热压罐工艺下工艺间隙、硅橡胶厚度和金属模块定位对制件密实状态和尺寸精度的影响。结果表明:相比闭模热膨胀工艺,所采用的硅橡胶辅助热压罐工艺及其模具方案更适合于成型纵横加筋壁板;热压罐工艺应按照硅橡胶自由膨胀的方式来设计工艺间隙;硅橡胶的厚度对密实质量影响较小,但厚度越大温度不均匀性越明显;热压罐工艺中采用金属模块定位的方法可以明显提高加筋肋交汇处的尺寸精度和密实质量。研究结果对复合材料格栅结构制造质量控制技术的发展具有指导意义。     

金属橡胶技术应用研究

金属橡胶作为一种先进的新型功能材料,它主要为了满足航空航天飞行器上的特殊需要,解决高低温、高压、高真空及剧烈振动等环境下的密封、减振、过滤等疑难问题。通过开展金属橡胶材料在军机密封技术和阻尼隔振技术两方面的应用研究,从根本上解决液压系统在低温条件下的活动密封泄漏问题,彻底解决因橡胶隔振器存在易腐蚀、易老化、耐高低温能力差等不足造成管路事故频发的问题。     

金属橡胶-钢丝绳索型减摆阻尼器动力学建模与参数识别

研制了一种直升机旋翼系统金属橡胶—钢丝绳索减摆阻尼器,对其建立了非对称弹性黏性阻尼双折线迟滞恢复力模型,利用Fourier级数展开法对模型作线性化处理,基于力—位移迟滞回线中恢复力各个成分关于位移的对称关系,设计了一种参数分离的物理参数识别算法,数值仿真显示算法精度和抗噪性高,采用振幅3.2mm,频率3Hz的正弦位移载荷激励减摆器时,实测结果的计算表明模型及算法可用于实际研究。     

金属橡胶外环自适应式挤压油膜阻尼器实验研究

为改善挤压油膜阻尼器(SFD)油膜力高度非线性的不足,提出了一种新型的金属橡胶外环自适应式挤压油膜阻尼器(ASFD/MRR),利用金属橡胶(MR)的弹性变形来调整油膜间隙,与SFD相比,ASFD/MRR能明显抑制双稳态跳跃等非线性振动现象的发生,具有良好的减振性能。      

高压高剪切率下润滑剂剪切弹性模量的确定

在自行研制的球盘式拖动力试验台上,测得了HKD-1型航空润滑油的拖动力;给出了高压高剪切率下滚子-润滑膜系统有效剪切弹性模量的计算公式;推导出了系统有效剪切弹性模量与润滑剂剪切弹性模量之间的关系式;以HKD-1型航空润滑油为例,计算了多种工况条件下系统有效剪切弹性模量及润滑剂本身的剪切弹性模量。结果表明:系统有效剪切弹性模量和润滑剂剪切弹性模量随压力的增大而增大,随入口油温和滚动速度的增大而减小;压力越大,入口油温和滚动速度越小,滚子的柔量对剪切变形的贡献越大。      

载人航天器不同系统用密封材料研究

介绍了载人航天器用橡胶密封材料的使用环境,指出了这些环境特点对材料相应耐受性能的要求。针对耐低温、耐真空、耐辐照及材料长寿命的技术要求进行了密封材料空间环境适应性的研究,采用地面环境模拟和加速老化试验对材料性能进行了评估,试验证明,通过纳米改性可以改善材料的低温性能、S42和FTBNR-1Y有较长的常温贮存寿命、且S42有较好的环境适应性。这些密封材料已成功地应用于我国载人航天相关系统中,同时,开展了复合结构密封材料耐介质的相关研究,研究表明,通过包覆技术可以改善材料的耐介质性能。     

Research on the Plane Multiple Cracks Stress Intensity Factors Based on Stochastic Finite Element Method

Taylor stochastic finite element method (SFEM) is applied to analyze the uncertainty of plane multiple cracks stress intensity factors (SIFs) considering the uncertainties of material properties, crack length, and load. The stochastic finite element model of plane multiple cracks are presented. In this model, crack tips are meshed with six-node triangular quarter-point elements; and other area is meshed with six-node triangular elements. The partial derivatives of displacement and stiffness matrix with respect to all the random variables obtained by Taylor SFEM are derived. Meanwhile, the mean and variance expressions of SIF under uncertain factors are also derived. Parallel double-crack illustrative example of using the proposed method is given. The calculation results indicate that the uncertainty of SIF is influenced by the distance of the cracks, the smaller the distance of cracks is, the greater the SIF uncertainty is, and the uncertainties of material elastic modulus, load and crack length markedly affect the uncertainty of SIF; and the Poisson ratio of material has little influence. Among the variables, the elastic modulus has the greatest effect on SIF uncertainty. The next is external load. The crack length has lower effect on SIF uncertainty than both the elastic modulus and external load.     

钛蜂窝体制备及压缩性能研究

采用融熔沉积快速成形法制备钛金属蜂窝结构材料,对粉浆制备、钛金属蜂窝结构蜡坯固化、脱蜡等工艺以及所制备的钛蜂窝体的压缩性能进行了研究.结果表明,采用融熔沉积快速成形可以制备钛金属蜂窝结构,工艺简单、尺寸可控,钛蜂窝结构的相对密度在9%～12.6%范围内,屈服强度和弹性模量的增加不大;相对密度超过12.6%后,屈服强度显著增加,但弹性模量增加的幅度不大.通过改变蜂窝体正六边形的边长或改变蜂窝体的壁厚均达到相同的相对密度条件下,蜂窝体的压缩强度差别不大,但对蜂窝体的弹性模量却有显著影响.     

镍基非晶态及晶态钎料真空钎焊时母材溶解模型特性的研究

以楔形变钎焊间隙试样为对象，研究了采用Ｎｉ８２Ｃｒ７．５Ｓｉ４．５Ｂ３Ｆｅ３成分的镍基非晶态及晶态钎料真空钎焊１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢时液态钎料对固态母材的溶解，建立了高温钎焊时母材溶解厚度（溶解深度）定量计算的物理－数学模型。平行等间隙及楔形变间隙试样真空钎焊试验结果表明，钎焊温度钎焊保温时间及钎焊间隙等参数对母材溶解有重要影响，并表明该模型具有较高的准确性，能够用于研究高温钎焊时钎料对母材的溶解特性，并进行溶蚀性评价。     

用于转子系统的气膜密封阻尼结构稳态特性

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子－气膜－金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态压力场求解流程,并提出金属橡胶刚度的定量设计方法.采用有限差分法求解稳态压力场,研究GFSD工作参数和结构参数对稳态特性的影响,为GFSD结构参数设计提供参考,最后与直通式篦齿封严的泄漏量进行比较.结果表明:合理设计金属橡胶刚度能够使GFSD自适应地调节气膜间隙;在保证动压润滑的基础上,选取大长径比、小金属橡胶刚度和密封间隙能够使GFSD具有良好的稳态特性;GFSD的泄漏量远小于直通式篦齿封严,能够满足现代航空发动机中高进出口压比下的封严需要.      

用“O”型胶圈支撑的空气静压轴承稳定性研究

 本文从工程应用的角度出发,提供了一种估算“○”型胶圈支撑空气轴承失稳速度的简化理论计算方法。轴承结构参数对胶圈抑制涡动的能力有影响,通过试验得出了一些重要结论。     

温度对小型柔性接头力矩特性的影响

为了研究柔性接头在固定压强下力矩特性随温度的变化，设计了弹性材料为硅橡胶的小型柔性接头，测试了一系列0.1MPa容压条件下柔性接头在正弦激励下的动态特性，获得了不同温度时接头的摆角力矩曲线。根据接头在摆角为0°时的力矩获得摩擦力矩，根据摆角力矩曲线的近线性部分获得弹性比力矩，在此基础上研究了温度对各个力矩的影响。结果表明:作动力矩随温度的升高而减小，但温度对作动力矩的大小影响很小，库伦摩擦力矩随温度的升高而增加，弹性比力矩和总比力矩因发生热弹逆变现象随温度的升高先减小后增加，动态弹性模量和损耗系数随温度的升高而降低，能量损耗受动态弹性模量和损耗系数变化影响随温度的升高而降低.      

某发动机主轴承故障分析

针对某发动机主轴承出现的故障,从五个方面分析原因,最终断定由于漏装一个密封胶圈引起供油效率严重下降是本次故障起因。     

蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的分析研究

针对Bernoulli Euler梁法计算蜂窝夹芯等效弹性参数的不足,利用3D有限元数值模拟技术,通过对不同材料、不同尺寸的正六边形蜂窝夹芯弹性参数进行数值模拟,给出了芳纶纸面内等效刚度和Poisson比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,提出了等效弹性参数的计算公式和一种循环优化设计蜂窝夹芯板厚度的新思想,得到了一些Bernoulli Euler梁法无法得到的重要结论:正六边形蜂窝夹芯结构y方向的弹性模量大于x方向的1.5倍;等效Poisson比仅与蜂窝夹芯几何参数有关,而与材料常数无关等。最后通过与文献[11]铝质蜂窝夹芯的压缩实验结果比较,证实了本文所使用方法的有效性和部分公式的正确性。     

考虑温度效应的编织-嵌槽型金属橡胶准静态压缩本构模型

基于Sherwood-Frost本构方程,并结合材料的特点对考虑温度效应的编织-嵌槽型金属橡胶本构方程的组成及各项的表达形式进行了讨论及确定。根据准静态压缩试验得到的不同温度下编织-嵌槽型金属橡胶材料的试验数据,拟合了所构建本构方程中的参数,最后结合不同密度试件在不同温度下的试验数据,通过仿真对本构方程进行了验证。结果表明仿真结果与试验结果之间具有较好的一致性,所构建的本构方程基本可以满足对高温环境下编织-嵌槽型金属橡胶准静态本构关系的预估要求。