多孔聚酰亚胺含油轴承保持架的磨损机理研究

在实际运转过程中,空间含油轴承保持架在兜孔、引导面上均表现出不同程度的磨损发黑现象,认清其磨损机理对于指导含油材料设计、提升空间轴承性能至关重要.采用冷压热烧结的方法制备了多孔聚酰亚胺(PPI)材料,通过打磨处理改变PPI表面形态,继而研究了表面形态对其摩擦磨损及摩擦界面输供油性能的影响,并在此基础上提出了含油材料的磨损模型.结果表明,PPI材料的磨损发黑源于孔隙边缘的微区承载,在高压载荷作用下孔隙边缘会发生剪切变形、断裂,产生的摩擦热会诱发聚酰亚胺材料或润滑油的分解和碳化.含油保持架的磨损会对轴承持续运转产生影响,孔隙边缘发生的剪切变形以及产生的磨屑会封堵保持架表面孔隙,破坏摩擦界面输供油路径,导致摩擦系数的波动和磨损的持续变大,对轴承的运转稳定性和摩擦噪音产生潜在的负面影响.     

变重力场中散体颗粒堆的安息角及接触力分布

为研究重力与散体颗粒堆安息角的关系,针对颗粒系统的随机性和离散性特点,通过三维离散单元法建立颗粒的运动模型,对颗粒在不同重力场中的堆积过程进行了模拟,得出了颗粒堆的安息角及接触力概率分布.结果表明:颗粒堆内接触力构成的力链呈非规则网络状,其中,接触力近似对数正态分布,约65%接触力低于平均值;接触点中约70%处于临界滑移,其余接触点切向力与法向力的比值为均匀分布;不同重力场中颗粒堆接触力的分布规律具有相似性,即接触力相对重力无量纲化之后,其分布函数高度相符;颗粒堆的微观结构具有随机性差异,但是安息角不受重力大小的影响.     

模拟月壤铺粉过程DEM数值仿真

空基激光选区熔化（SLM）技术与原位资源利用（ISRU）概念结合，有望解决地外大规模基地建设的工程难题。SLM铺粉过程对成形件性能和质量有重要影响。基于非球形粒子叠加球模型方法，建立模拟月壤颗粒几何模型；基于线性弹簧-阻尼接触作用模型、Hamaker理论及牛顿运动定律，建立颗粒动力学模型；采用三维离散单元方法（DEM）及软球模型，进行不同工况下模拟月壤在铺粉过程中的流变特性研究。结果显示:所提模型和方法能开展指定工况和环境参数的模拟月壤颗粒系统流动性和堆积行为数值仿真研究；月面低重力环境导致粉床表面粗糙度变大、堆积密度和平均配位数变小；通过降低铺粉速度和优化刮刀型面，可以有效改善月基铺粉的粉床质量，获得更密实和均匀的粉床结构。      

基于常应变单元的空间薄膜结构动力学建模与分析

为了保证薄膜结构构成的充气式可展开天线、网状可展开天线和太阳帆等航天器的表面精度、信号增益等工作性能，需要对空间薄膜结构的动力学展开性能进行分析。由有限元离散方法将整个薄膜反射面离散为众多常应变三角形单元，这些单元的节点可视作质点；考虑这些三角形单元的弹性势能，由最小势能原理得到三角形单元的平衡方程，从而实现单元上点的应变和单元三条斜边线应变之间的转换；最后，为了防止展开过程中单元间接触，建立接触模型，由薄膜反射面的离散拓扑组集结构的质量矩阵和刚度矩阵，并建立动力学方程。基于文中方法对具体算例进行计算和分析，结果表明，动力学模型能够很好的模拟薄膜的展开过程，可应用于薄膜结构的展开性能分析中。     

锥形物体对月壤冲击过程的试验及离散元分析

月球探测器着陆过程中着陆器足垫首先与月壤接触,因此,足垫的动力响应直接关系到探测设备的安全着陆及后续工作的实施。采用试验和离散元数值模拟的方法,以锥形物体代替实际足垫,对冲击模拟月壤过程中锥形物体的锥角和冲击速度及质量的影响进行详细研究。离散元模拟获得的结果与试验结果一致。研究结果表明,冲击速度和质量决定了锥形物体与模拟月壤颗粒之间的动量转移,对冲击过程有很大的影响;当采用不同锥角的锥形物体冲击时,由于锥形物体与颗粒介质接触面积的影响,随着锥角的增大其冲击深度和冲击时间均减小,而锥形物体受到的冲击力峰值逐渐增大。此外,对冲击过程中颗粒的速度矢量进行讨论,从细观角度对颗粒介质在冲击载荷作用下的动力特性及颗粒间的相互作用进行探讨。以上结果对航天着陆器的着陆过程的研究提供了理论依据,并且对利用特种设备在月球表面进行贯入探测具有一定的参考价值。     

空间液体润滑多孔储油器特性研究

液体润滑普遍存在于大多数空间运动部件中.然而,由于空间环境恶劣(低重力、高真空)所造成的润滑剂严重损失,许多液体润滑运动部件都不能达到其使用寿命的要求.因此,有必要采取措施对空间运动部件进行补油,利用多孔储油器补油便是其中的方法之一.由于其体积小、结构简单而广泛应用于小型航天仪器中,并在维持轴承腔内油膜厚度和油分布方面也能取得令人满意的效果,因此备受关注.离心作用和加热效应是使储油器溢油的两种方法,本文针对这两种方法,对空间多孔储油器的液体润滑剂储运规律进行理论分析,同时设计了离心供油和加热供油两套实验装置.      

带冷罩的自旋弹头在液氮消耗时的姿态模型

研究了带液氮冷屏蔽罩(冷罩)的自旋弹头在自由飞行段中,冷罩多孔介质层内液氮不断消耗时弹头姿态的变化规律.针对工程上无法利用数值计算直接研究多孔介质中液氮消耗对弹头姿态运动影响的问题,以均相模型分析多孔介质层内气液混合物的运动规律,建立了均相介质在离心力作用下的渗流运动方程.对此方程进行无量纲化,分析了均相介质的运动规律,得到了变质量弹头的姿态动力学模型.通过分析与仿真发现,自旋角速度随冷罩内液氮消耗而不断增大,非自旋方向角速度不为零时,其运动频率不断增大,且会产生运动阻尼,但频率变化很小,运动阻尼量级也极小,工程中可忽略冷罩中液氮消耗对非自旋方向的影响.     

双体振贯采样磁力驱动式月壤采样器设计

为降低月壤采样器的功耗,并减小工作反力,提出一种双体振贯式采样方法,详细设计了两种不同磁力驱动方式的采样器,采用电磁仿真软件得到了采样器的驱动力,利用离散单元法数值模拟软件研究了颗粒单向运移特性,开展了采样器对模拟松散月壤和月壤硬岩的掘进采样试验,验证了采样器的驱动力大小.试验结果表明:采样器针对模拟松散月壤具有较高的...     

纵向非均匀多孔介质Marangoni对流不稳定性

理论研究了纵向非均匀多孔介质中流体表面张力驱动的对流不稳定性.充满液体的多孔介质层从下方加热,上方自由表面冷却,形成可引起多孔介质液层Marangoni-Benaxd对流流动的纵向温度梯度.采用线性化的Brinkman-Forchheimier方程作为控制方程组,对孔隙率分别为线性函数、正弦三角函数分布的非均匀多孔介质液层的Marangoni-Benaxd问题进行了线性稳定性分析.通过采用Chebyshev-Tau谱方法求解广义特征值问题,得到了系统临界Maxangoni数随无量纲波数变化的中性稳定性曲线,分析和比较了孔隙率的变化对液层对流稳定性和流场结构的影响,获得了纵向非均匀多孔介质液层不稳定性现象的新特征.      

梯形齿车轮月面牵引性能的离散元分析

采用离散元法分析梯形齿车轮在月面软土地形的通过性,提出不规则形状颗粒群系统的离散元建模技术,建立车轮牵引性能参数的细观表达式.基于模拟月壤的直剪实验数据,通过反复调试获得最佳土单元模型参数.轮-土作用的离散元分析结果表明:车轮在月壤地形的牵引性能与滑转率和轮齿结构有关,增加滑转率可获得更高的挂钩牵引力,但同时车轮所需的驱动转矩提高;增加轮齿高度可获得更大的土壤推力,但行驶阻力也相应增大;轮齿数量对车轮牵引性能影响较小,但影响车轮在行驶中的平顺性.     

含内热源的多孔方腔自然对流非正交MRT-LBM模拟

为了增强多孔方腔内流体流动与传热效果，采用非正交多松弛格子Boltzmann方法（MRT-LBM）对含有内热源的多孔方腔自然对流传热现象进行了数值模拟。研究了不同冷源布置方案（Scheme A~Scheme F）、内热源结构形式（Case 1、Case 2、Case 3）、内热源位置（a、b）、Darcy数、Rayleigh数等对多孔方腔内流体流动与传热的影响。计算结果表明:冷源布置方案对腔内流体流动与传热具有重要影响，当冷源左右对称布置时，腔内温度场及流场亦对称分布；在高Rayleigh数下采用Scheme A的双上部冷源布置方案能明显提高腔内的传热强度；内热源的形状对腔内对流传热影响很大，高Rayleigh数下，Case 3的布置方式更好。内热源的位置a和b对腔内的传热影响明显，提出了热壁面平均Nusselt数与位置a的拟合关系式，存在最佳的位置a（a=0.25），使得腔内的对流传热最强；热壁面平均Nusselt数亦随b值变化表现出特定的变化规律。随着b值的增加，热壁面平均Nusselt数呈现先增后减再增的趋势。      

伞衣透气性对翼伞气动特性的影响

为了提高翼伞的飞行性能,需要研究伞衣织物透气性对翼伞气动特性的影响。使用不可压雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程模拟伞衣外部流场,建立了包含附加动量源项的多孔介质域控制方程模拟伞衣,对2种透气性材料模型和无透气性影响传统模型的气动特性和流场分布进行了二维和三维定常数值模拟。数值结果表明,求解多孔介质域控制方程可以得到较准确的伞衣透气速度,伞衣表面的湍流度急剧增加;使用较大透气量材料制作伞衣时,升力系数大幅下降,阻力系数大幅上升,同时会造成内腔泄压影响翼伞的外形保持;使用微透气量材料制作伞衣时,升力系数在小迎角时小于不透气模型,在大迎角时大于不透气模型,较小的透气速度能在大迎角时延缓边界层分离。     

考虑壁板单向压紧制孔瞬时回弹的压紧力优化

飞机大部件对接自动化制孔采用蒙皮侧单向压紧制孔技术，而由于在常见的自动化制孔系统中叠层材料被钻透的瞬间产生瞬时回弹，对制孔设备和加工质量等方面造成严重的影响，针对该问题进行机身蒙皮侧制孔压紧力优化分析。通过有限元分析方法进行制孔过程的模拟仿真，根据不同环境下的回弹现象，确定压紧力优化分析方案，综合考虑接触间隙、瞬时回弹和制孔刚性的影响，进行多目标优化分析，从而得到最优的压紧力工艺参数。计算结果表明，在飞机常见框间对接段自动化钻孔中，采用轴向力为150 N的麻花钻时压紧力的最优解为314.54 N，采用轴向力为100 N的自动化一体钻时压紧力的最优解为362.73 N。通过现场试验，压紧力最优解满足生产要求，实际最优压紧力低于最优解不超过20 N，因此考虑不同加工环境等因素构建合理的工艺参数选定范围。      

某飞行器上红外成像装置减振结构设计

某飞行器上红外成像装置在工作过程中要承受强烈的振动和冲击等动载荷环境,为避免动态响应过大会对其内部红外探测器等精密组件造成不可逆的损坏,须对其进行阻尼减振设计。减振器作为飞行器上红外成像设备的重要部件之一,其作用是衰减外界环境传递到产品的振动,从而保证产品性能。通过介绍一种基于Ansys模态分析优化后的成像光学减振结构设计,有效改善了设备的工作环境,试验表明红外成像装置配备减振器的减振效率大于70%。     

某飞行器上红外成像装置减振结构设计

某飞行器上红外成像装置在工作过程中要承受强烈的振动和冲击等动载荷环境，为避免动态响应过大会对其内部红外探测器等精密组件造成不可逆的损坏，须对其进行阻尼减振设计。减振器作为飞行器上红外成像设备的重要部件之一，其作用是衰减外界环境传递到产品的振动，从而保证产品性能。通过介绍一种基于Ansys模态分析优化后的成像光学减振结构设计，有效改善了设备的工作环境，试验表明红外成像装置配备减振器的减振效率大于70%。     

溶液法制备PVDF薄膜电活性相方法

为了制备具有电活性相的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,采用了简单易操作的溶液涂膜方法,并研究了不同前驱体溶液浓度、搅拌时间以及热压工艺对PVDF不同电活性相的晶型结构形成的影响,利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对PVDF薄膜的晶型结构进行分析.结果表明:前驱体溶液浓度7%~10%,搅拌时间2~3h都有利于β相的形成,利用红外光谱,可以计算β相的含量,在前驱体溶液浓度7%,搅拌时间2h时得到最大的β相含量81.3%;热压对PVDF薄膜的晶型结构有很大的影响,经过热压处理的PVDF薄膜中γ相转变成更加致密的β相.      

板料冲压成形过程的一种数值模拟方法

在板料冲压成形过程中存在着大变形、大应变,且几何、物理及边界条件三重非线性相互耦合使得计算过程较为复杂.在虚功原理的基础上对板料冲压成形过程的弹塑性有限元分析方法进行了研究,并将有限变形弹塑性有限元法引入板料冲压成形过程,采用更新拉格朗日(ULM, Updated Lagrange Method) 方法描述,推导了有限元列式,建立了板料成形过程的有限元分析模型,开发了分析程序.通过对汽车油底壳的成形模拟说明了模型的正确性.      

基于XFEM-CZM耦合法的胶接接头裂纹扩展分析及强度预测

采用扩展有限元法（XFEM）和内聚力模型（CZM）相耦合的方法，分析胶接接头胶层内部裂纹扩展、界面脱粘分层现象。采用内聚力单元和内聚力接触描述胶层/板材界面，建立单/双搭接接头有限元模型。预测拉伸载荷下接头的强度性能并与已有试验数据对比分析，验证XFEM-CZM耦合法的可行性及内聚力单元和内聚力接触2种界面建模方法的有效性。模拟裂纹从胶层内部扩展至胶层/板材界面并引起界面脱粘分层的过程，分析其损伤失效机理。讨论初始裂纹长度和界面刚度、强度及应变能释放率对胶接接头强度性能的影响。结果表明:胶接接头强度随初始裂纹长度增加而降低，且在双搭接接头模型中表现更为明显；界面刚度、强度对胶接接头强度影响较大而应变能释放率的影响较小。      

NiTi形状记忆合金增强复合材料层合板 的建模技术

在对形状记忆合金增强复合材料层合板进行应力、应变和温度关系实验的基础上,建立了形状记忆合金增强复合材料四边形和三角形板单元模型,并推导了相应的有限元公式.在此基础上编制了能够进行静态和动态分析的有限元程序,并利用该程序对形状记忆合金增强复合材料悬臂梁进行了分析,结果是令人满意的.随着对形状记忆合金研究的进一步发展,这种材料必将在智能材料和结构设计中发挥越来越重要的作用.