基于压痕功的加工表面残余应力测试实验

可调距螺旋桨的加工表面质量对其高服役性能和长寿命服役具有直接而重要的影响。本文开展加工表面残余应力测量和数据处理的研究,采用基于压痕功的残余应力测量方法及神经网络求解算法,针对镍铝青铜材料力学性能,由有限元仿真分析得到关系数据库,训练神经网络,实现对镍铝青铜材料加工残余应力的求解。通过对镍铝青铜加工试件残余应力测量数据的计算与分析评价,开展了不同加工参数对残余应力影响规律的实验测量研究。通过测量实验与数据分析,获得了不同刀路下残留高度及机床不同转速与残余应力间的关系。测试实验表明:基于压痕功残余应力测试方法能评价不同加工参数下镍铝青铜材料的残余应力状态,可为实际加工生产提供工艺参数优化指导。     

等参化FVDAM在复合材料湿热应力分析中的应用

在等参化有限元体积直接平均法（FVDAM）中引入等效湿胀系数,建立了复合材料湿热耦合的细观应力场分析模型。计算了湿热环境中不同纤维体积含量和湿含量复合材料的细观应力场。结果表明：湿热环境中复合材料界面径向应力最大值发生于纤维密集区的相邻纤维间的界面处,最小值出现在基体富区;初始吸湿对热残余应力有释放作用,最终吸湿的影响将超过热残余应力,界面应力状态也随之改变。计算所得细观应力场与有限元（FEM）法有较好的一致性。     

疲劳裂纹扩展速率da/dN的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗法模拟分析疲劳裂纹扩展速率,确定了算式中的参数分布规律及相关性。通过计算数据与试验数据的对比分析,证明蒙特卡罗法模拟结果合理、可靠。     

基于变形力数据的结构件残余应力场重构方法

残余应力是引起零件加工变形和失效的重要因素,残余应力场的重构有助于消除和控制零件在设计、制造、评价和使用过程中的残余应力。针对已有方法难以准确重构残余应力场的问题,提出了一种通过零件加工过程中的变形力数据实现零件残余应力场重构的方法。该方法首先提取了由于材料去除引起的应力重新分布带来的装夹力变化数据,即变形力。残余应力到变形力之间通过协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES算法)反复迭代求解出映射关系,从而构建出零件的残余应力场,最后在仿真环境下对该方法进行了验证。验证结果表明:该方法能较好地预测残余应力场,重构出的零件的初始残余应力场与原始施加的应力场平均误差值约0.38 MPa,为零件残余应力场的重构提供了一种新思路。     

推进剂贮箱金属焊接件疲劳裂纹对 应力强度因子影响的数值分析

卫星推进剂贮箱的焊接质量直接影响卫星的寿命和可靠性。文章通过仿真分析研究焊接残余应力对贮箱上已存在裂纹的影响。首先针对球壳模型和平板模型分别计算焊接残余应力,然后在应力强度值最大的危险区域引入裂纹,对不同角度和尺寸系数的裂纹对应力强度因子影响的数值和变化趋势进行分析。研究表明:起主要作用的是应力强度因子KⅠ;KⅡ受角度影响相对较大;KⅠ和KⅡ的最小值都在裂纹中心处;KⅢ基本随归一化裂纹前沿数值增加而增加。     

纤维增强复合材料的界面裂纹分析

用界面裂纹接触区模型模拟界面缺陷，分析了碳纤维增强碳化硅复合材料界面裂纹尖端应力场的奇异性。由数值求解方法推导得出，减小界面缺陷尺寸或增加纤维与基体的弹性模量比，可以使该复合材料剪应力强度因子的水平值明显提高。实验结果证明了理论推导的正确性。     

基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例，对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先，基于断裂力学基本理论，引入弹塑性本构关系，推导弹塑性裂纹尖端场；其次，依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布，并结合物理意义，定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子，来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度；最后，对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析，说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子，相比于表征弹塑性场的J-积分，具有更明确的物理意义和更简明的表达形式；为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外，本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

随机振动疲劳试验的小裂纹扩展分析方法

针对某型液体火箭发动机管路接头的随机振动疲劳试验,基于断裂力学的小裂纹理论进行了裂纹扩展寿命分析。分别从小裂纹应力强度因子计算、疲劳应变/应力谱、裂纹扩展速率曲线以及裂纹扩展计算程序等方面进行了研究。使用FRANC3D(试用版)进行三维裂纹的有限元计算,得到了管路结构表面裂纹的应力强度因子变化规律;对应变实测数据进行了雨流计数,获得了用于裂纹扩展计算的应力循环谱块,研究了疲劳试验的应变循环峰值、幅值等时域分布特征;采用Newman闭合理论对长裂纹的NASGRO裂纹扩展速率曲线进行修正,给出了试验件材料的相关参数;最后,使用一种疲劳应力谱块平均施加方法进行了裂纹扩展寿命的快速计算。通过与试验结果对比,验证了计算方法有效、可靠。     

航天轴承摩擦力矩的最大熵概率分布与bootstraP推断

滚动轴承摩擦力矩具有不确定的波动和趋势变化,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统。这是一个重要问题,它阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握。为了解决这个问题,根据最大熵原理,从小样本入手建立航天轴承摩擦力矩的概率密度函数。以此为基础,在讨论了摩擦力矩的时域特征与概率分布特征后,用bootstrap对摩擦力矩总体的分布参数进行统计推断。试验研究表明,推断结果和试验结果之间的误差很小,满足工程要求。因此,用小样本可以描述航天轴承摩擦力矩总体的统计特征。     

天琴一号卫星加速度模式无拖曳控制

结合卫星加速度模式无拖曳控制系统一般组成、各环节典型模型、常见控制器及天琴一号空间惯性基准建立试验卫星的采样周期与控制周期,着眼于工程实际问题的挖掘与解决,重点阐述了该卫星CIC滤波器组频响特性等效、加速度模式无拖曳控制系统稳定裕度及残余加速度指标分析与综合等技术内容。研究表明,多周期离散系统真实稳定裕度难于准确预测;积分系数是决定PSD指标的关键参数;抗混淆滤波器是提升时域残余加速度指标的关键环节,且有利于抑制高频数据在PSD低中频段的高频折叠;在未引入抗混淆滤波器的情形下,频域指标统计应以进入控制器的残余加速度数据为准。在轨飞行试验结果与仿真结果基本吻合。