空间环境对航天器热设计影响分析

空间环境对航天器热设计技术、热控材料的选择、热设计的试验验证等都带来了重要的影响,在满足总体要求的情况下,必须考虑空间环境的影响因素。同时,发展对空间环境有较强适应能力的设计技术和热控材料的研究是今后需要认真考虑的问题。     

考虑孔隙缺陷三维编织C/C复合材料渐进损伤及强度预测（英文）

为研究三维编织C/C复合材料单轴拉伸渐进损伤与失效强度,考虑了材料内部纤维增强相、基体相和界面随机孔隙缺陷,建立了三维编织C/C复合材料单胞有限元模型。基于Linde等人提出的破坏准则描述纤维束纵向拉伸剪切破坏和横向破坏,基体采用最大主应变破坏准则,界面采用双线性内聚力本构模型和二次应力破坏准则,建立了与单元特征尺度、局部应变以及断裂能相关的指数型损伤演化律。采用有限元法结合周期性边界条件模拟了材料细观损伤起始、演化与失效过程,并预测了材料轴向拉伸强度。结果表明;材料轴向拉伸强度主要由纤维棒纵向拉伸强度控制,与不考虑材料孔隙缺陷的模拟结果相比,考虑材料孔隙缺陷的强度预测值与实验值更加接近,此外,孔隙缺陷对材料拉伸强度的影响大于对拉伸模量的影响。     

铁氧体磁头材料

本文论述了各种磁头的录—放性能与磁头材料的主要磁特性之间的关系。由于磁记录系统向高密度方向的发展,对磁头几何参数的要求愈来愈高,铁氧体质硬而脆,因而对其精密加工性能提出了很苛刻的要求。文中讨论了影响磁头芯精密加工性能的各种物理因素。在选择磁头材料时,必须就其磁特性和其物理性能统盘考虑,作出恰当的选择。同时,在铁氧体磁头材料的研制和生产以及材料的系列化工作中,应该考虑这一问题。     

石墨渗铜材料的烧蚀模型探索

根据石墨渗铜材料的特点,探索了它的烧蚀和传热模型。认为烧蚀计算可以不考虑铜与燃气的化学反应;导热计算按铜的液相、熔化、固相三层进行.在碳基材料热化学烧蚀模型和移动边界下当量热容瞬态导热方程隐式求解的基础上,对于石墨渗铜喉衬的复合结构全喷管进行了考虑粒子侵蚀下烧蚀与传热耦合的计算.     

涡喷发动机压气机转子叶片断裂分析

对LD7材料的转子叶片断口，进行了宏观、微观以及机械性能的分析，找出了叶轮断裂的主要原因，并对制件的外形设计提出了考虑意见。     

原子氧对航天器热控材料影响试验研究

原子氧对航天器热控材料的影响是航天器热控设计必须考虑的因素之一。文章对航天器舱外常用热控涂层和外用复合膜两类材料进行了地面原子氧及原子氧+远紫外辐照试验,试验获取了不同原子氧积分通量下涂层和复合膜的影响数据,并对热控材料实施部位性能退化的关系进行了分析,研究结果将为航天器热控设计与分析提供数据支持。     

固体火箭发动机药柱随机结构分析及其相关函数研究

利用粘弹性随机有限元法考虑固体推进剂药柱材料的随机性，结构几何形状的随机性以及随机载荷等，研究了复合因素下结构的随机应力场，讨论了不同的相关函数假设对粘弹性随机结构分析的影响。结果表明，同时考虑多种随机因素更多符合实际情况，药柱的随机应力、应变场对相关函数具有不敏感的特性。     

电缆支座承受径向载荷时的弹塑性分析

采用ANSYS软件对发动机电缆支座几种不同结构方案及其承载能力进行了三维有限元分析。考虑了材料的非线性弹塑性行为，计算给出了电缆支座承载能力，与试验结果比较吻合。     

基于XFEM研究含颗粒夹杂材料的疲劳裂纹行为

材料中的颗粒夹杂会改变附近的应力分布,对疲劳裂纹的扩展行为有显著的影响。在XFEM方法的基础上,借助一种考虑界面影响的交互积分方法以及ABAQUS的二次开发环境,模拟疲劳裂纹在非匀质材料中的扩展,研究夹杂颗粒对疲劳裂纹扩展的影响模式。裂纹和夹杂使用扩充函数结合水平集函数隐式模拟,使用最大周向拉应力准则判断裂纹扩展方向。通过模拟疲劳裂纹经过对称夹杂和非对称夹杂的情况,分别研究夹杂对裂纹扩展速率以及扩展路径的影响模式,探讨了夹杂的材料性质对结果的影响,考虑了裂纹在特定情况下可能刺入夹杂的情况。将部分数值结果与更新网格方法以及以往的扩展有限元模拟结果进行了对比,体现了该文方法的优点和模拟结果的合理性。     

考虑胶层蠕变行为的胶接结构有限元分析

本文考虑胶层材料的蠕变行为，采用模拟岩层纹理单元的有限元法，分析工程中使用的典型胶接结构的应力场和位移场。数值结果表明，胶层蠕变行为对胶接结构位移和应力场均有较大影响     

卫星承力筒复合材料结构的优化设计

应用JIFEX软件对大型通信卫星主承力结构－－中心承力筒的复合材料结构进行优化设计。在优化设计中考虑了固有频率和屈曲稳定性的约束条件，使用了多种类型的设计变量，对蜂窝夹芯材料采用了一种离散材料变量连续化处理方法。进行了多种方案的优化设计和比较，为承力筒结构研制设计提出了指导性结论。     

原子氧环境对有保护Kapton材料基蚀作用的研究

研究了低地球轨道原子氧环境对有环境Kapton材料的基蚀作用。采用蒙特卡罗方法模拟了原子氧Kapton材料的作用过程，模拟结果与长期暴露装置（LDEF）试验数据基本符合。结果表明，保护层缺陷尺寸对基蚀形状影响较大，决定了基蚀深度的大小，同时，考虑了非理想镜面反射作用对基蚀形状的影响。     

硅基材料烧蚀模型研究

对冲压发动机燃烧室所使用的硅基热防护材料，用以往的单纯因二氧化硅液态层被气动吹除减薄的模型进行烧蚀计算，计算结果和实际偏差很大。我们根据硅基热防护材料的实际特性，在原有的液态层模型的基础上，考虑了夹杂碳化层对熔融态硅基的补强作用，提出了既有液态层吹除也有化学反应烧蚀的新模型，即考虑了热解、熔融和碳化、气动吹除结合化学反应烧蚀的多因素过程。并根据硅基热防护材料的烧蚀特点，根据发动机模型的试验结果，初步总结出了液态层粘附力的经验公式。从物理概念上分析可以看出该模型基本符合实际情况；从多种工况计算结果可看出，新模型和经验公式是比较合理的。     

考虑热膨胀与带隙的点阵超材料多目标优化设计

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性，利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计，并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明，无论是特定的正、负以及零热膨胀结构，都具有较好的带隙特性；所有算例都给出了帕累托最优解集，可以平衡不同的竞争目标。这为实现超材料的多功能设计提供了理论依据，特别是在航空航天领域中存在的温差和振动等严苛条件下对材料特定膨胀性质和带隙特性需求的双目标共赢提供了可能。     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响,天线反射面会发生热变形,影响天线增益。热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数,并且会随温度变化;在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差。文章以抛物面天线反射面为研究对象,考虑热膨胀系数随温度的变化,针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面,仿真分析反射面厚度、支撑位置、选用材料等因素对星载天线反射面型面热变形的影响。结果表明,对于抛物面天线,支撑约束在中间位置时反射面型面误差最大;采用ULE玻璃的优化方案可将型面误差减小约1个数量级。实际设计中还要综合考虑质量、刚度及模态特性。     

ZrB_2基超高温陶瓷热冲击模拟及失效分析

ZrB_2基超高温陶瓷作为热防护材料,在应用过程中必然受到热荷载的冲击作用。基于动态热弹性方程,分别对冷却与加热条件下ZrB_2基超高温陶瓷热冲击行为进行数值模拟,并考虑惯性项与耦合项对材料热冲击性能的影响,讨论了表面换热系数对最大应力及临界时间的影响规律。同时采用热断裂理论作为失效准则,提出预测该材料表面换热系数的方法,为ZrB_2基超高温陶瓷的热防护应用提供依据。     

点阵结构空气舵及内部流体热流固耦合研究

开展了钛合金TC4材料激光粉末床熔融(LPBF)工艺研究,在此基础上设计了多孔轻质空气舵模型,并基于有限差分法(FDM),采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,利用流体体积法(VOF)追踪流体自由液面,研究了典型的点阵夹层结构的空气舵内部冷却液动态换热过程的相互影响过程,考虑了冷却液与钛合金材料蒙皮间的耦合传热及湍流换热。结果表明,空气舵的内部流体压强随速度的增加而增加,从而导致流体出口的速度增加。当压强增加到一定程度时,流体的出口以水柱形式喷出。虽然较大的流体速度可以带走较多的热量,但是影响远小于对压强的影响。综合考虑空气舵的服役要求,获得了合适的冷却水入口速度。     

加筋圆筒壳轴压稳定性计算方法

推导出在简支边界条件下轴压临界屈曲载荷的计算方法.在推导中考虑了蒙皮、加筋的不同材料,加筋(或桁条和框)的弯曲、扭转、伸缩和偏心影响.     

碳化材料三维烧蚀热响应有限元计算研究

针对碳化烧蚀热防护材料三维温度场计算问题进行了研究。采用弹簧松弛法模拟防热层表面后退运动,应用化学反应动力学模型描述材料内部热解过程,内部温度场计算模型考虑了防热材料的热传导、热解吸热、热解气体在碳化层内的流动以及热解气体与碳化层之间的热交换。对控制方程采用有限元方法进行离散,时间方向采用Newton-GMRES隐式迭代推进求解。将计算结果与经典程序的计算结果及实验数据进行了比对,初步验证了计算方法的可靠性,并通过球头算例展示了程序对三维问题的良好处理能力。     

管路焊接结构的随机振动疲劳损伤分析

航天飞行器管路结构在随机振动载荷作用下产生疲劳损伤,可能导致管路焊接结构的疲劳失效,影响飞行器正常飞行.为此,开展飞行器管路焊接结构的疲劳损伤分析研究.首先建立管路结构的有限元模型,并通过计算模态分析和试验模态分析验证模型的准确性;然后考虑材料疲劳特性的离散性,推导焊接材料的P-S-N曲线以及疲劳损伤的计算表达式;随后...