FGM零件快速原型制造中支撑自动生成模块设计

功能梯度材料是一种新型非均质材料,有着广泛的应用前景.传统的制造设备无法满足加工这种材料零件的要求,快速原型制造技术使得功能梯度材料零件的制造加工得以实现.支撑设计决定快速原型制造产品精度.针对功能梯度材料零件数字化设计制造中的支撑生成问题,采用了基于邻边排序的Stereo Lithography模型切片算法并提出了基于多边形布尔运算的支撑生成算法.根据功能梯度材料零件几何信息及零件内部材料分布信息实现支撑间距自适应改变,提高了快速原型产品精度.通过对支撑自动生成实例的分析,验证功能梯度材料零件快速原型制造中支撑自动生成算法的正确性.      

二维功能梯度壁板热颤振本征问题的精确解

为了得到二维功能梯度壁板热颤振的精确解并揭示颤振机理，根据经典薄板理论及一阶活塞理论，建立了超声速气流下二维功能梯度壁板的本征控制微分方程并求得了精确解，根据得到的本征根对颤振机理进行了分析。针对功能梯度材料（FGM）的不同体积分数，分别研究了壁板在恒温场及非线性温度场下的颤振边界随马赫数的变化规律，并比较了2种温度场下的结果。通过分析简支、固支及其组合边界情况下的壁板颤振特性，从数学角度发现颤振现象的发生是由于挠度的一阶导数导致刚度非对称，且功能梯度材料能够有效提高热环境下壁板的颤振边界，同时利用ABAQUS软件对功能梯度壁板的振动特性进行了模拟，进一步验证了所提方法的有效性。      

飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制

以飞机机翼翼肋铝合金结构件这一典型易变形的零件为例,研究数控加工变形情况及其影响因素,主要研究残余应力对加工变形的影响.采用理论建模、有限元分析和实验验证相结合的方法分析和对比数控加工中零件变形情况;分析了工件内残余应力分布,用有限元软件提供的热机耦合功能,以温度场模拟施加铝合金的残余应力分布;分析和模拟了去除材料对工件变形的影响;用经过改进的顺序静态单元生死方法进行切削过程的仿真和改进,并对仿真所得的零件变形量与实际加工测量结果进行了比较,验证了分析方法和所建立模型的有效性;最后提出了控制数控加工变形的解决方案.     

形状记忆合金复合材料层板非线性有限元分析

将形状记忆合金埋入复合材料层合板中构成智能复合材料结构.在外载或热载的作用下,形状记忆合金将使复合后的材料内部和结构的应力、应变分布发生改变,并改变结构的形状.由于形状记忆合金的大变形带来非线性,本文利用具有几何非线性分析功能的复合材料板壳元对模型进行计算和分析,形状记忆合金的驱动效应等效为力学载荷.可得到较精确的结果.      

基于OPNET的CAN网络建模与仿真

为分析控制器局域网(Controller Area Network, CAN)协议,评价CAN网络性能,提出在OPNET网络仿真环境中CAN网络模型的建模方法.采用网络层次化建模方法构建节点模型.介质访问控制(Medium Access Control, MAC)子层中设计MAC、错误处理和帧间空间模块,保证系统结构清晰.通过进程设计,MAC模块中实现了网络实时性模型;错误处理模块中实现了连续错误下网络不可用模型.定义和编辑链路及数据帧模型.根据实例模型进行网络模型的配置和仿真.仿真结果与实例测试结果一致,验证了网络模型的有效性.通过分析具体网络仿真环境下的仿真结果,对CAN网络性能进行了讨论.该模型提供了独立可编辑的节点模型,链路模型和数据帧模型,可实现灵活的网络配置,用于不同网络拓扑分析.     

铣削过程中残余应力仿真分析

在铣削加工零件时,零件各部分的残余应力分布不均匀,会使工件发生变形,影响工件的形状和尺寸精度.采用有限元分析方法,利用有限元增量理论建立了加工材料的弹塑性本构关系.针对立铣刀的铣削加工,建立了二维金属铣削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,通过对典型钢件的加工模拟,得到了加工后已加工表面的残余应力的分布情况和整个加工过程中工件的受力情况,对于工程中的实际应用具有重要的意义.     

集成式伺服作动器压力损失特性及其影响因素

针对集成式伺服作动器液压回路的特点和选择切换功能，分析了能源切换原理、选择活门的压力损失规律及其对作动器活塞运动速度的影响。电磁阀通过控制选择活门阀芯的位置以实现不同能源的切换。分析了选择活门压力损失的成因分布与特征。由分析可知，流道结构突变处的局部损失占比最大，沿程损失可忽略不计，选择活门压力损失与流入流量的平方呈比例关系。同时，拟合出了活塞伸出运动和收缩运动时的压力损失经验系数。建立了作动器左右腔流量、压力和活塞动力学模型，发现某型选择活门压力损失使作动器活塞伸出速度下降了4.9%，收缩速度下降了5.2%。由于活塞受力情况一致，选择活门的压力损失不影响负载力与活塞速度的关系，速度下降比例与负载力无关；阀芯开度直接影响着流经系统流量，系统流量影响着流体与流道的撞击强度和频率，进而影响了选择活门的压力损失程度，速度下降百分比随阀芯开度增大而增大。分析结果可为高可靠性、高精度航空作动器伺服控制系统的设计提供技术支持。     

缝合复合材料可用性——简单层合板的基本性能

为了解决缝合复合材料在飞机结构中的应用问题,通过试验方法研究了缝合以及缝合方向对T300帘子布/QY9512单向层合板与正交对称层合板拉伸和压缩性能的影响,得到了T300帘子布/QY9512材料的部分基本性能常数.研究表明,缝合与缝合方向对这两种层合板的模量影响不大,但对单向层合板的泊松比影响较大,而且偏轴后缝合单向层合板的泊松比不满足偏轴转换关系.缝合及其方向对单向层合板的拉伸强度影响很大,而对压缩强度影响却不明显.缝合正交对称层合板中铺层的拉伸破坏机制与缝合单向层合板的破坏机制不同,因此不能用缝合单向层合板的拉伸强度作为正交层合板内铺层的强度极限.      

Nb离子注入γ-TiAl的高温循环氧化行为

研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.      

null

研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.     

复合材料的冲击吸能与动态黏弹特性

考察了玻璃纤维、炭纤维、芳纶和UHMWPE纤维复合材料(分别称为GFRP,CFRP,AFRP和DFRP)层板的低速冲击吸能,并采用高载动态热机械分析仪EPLEXOR500分析了其纤维复丝的动态黏弹性的载荷敏感性.结果表明:冲击吸能明显受纤维性能及层板破坏模式的影响,呈韧性破坏的AFRP和DFRP的冲击吸能明显高于呈脆性破坏的GFRP和CFRP.在动态热机械分析中,静载增大使得储能模量升高但损耗角正切减小,动载增大时正好相反,且在这些影响中有机纤维复丝动态黏弹性较无机纤维复丝表现出更显著的载荷敏感性和非线性.4种层板的吸能大小与其纤维复丝储能模量载荷敏感性的强弱以及损耗角正切大小的顺序相同:DFRP>AFRP>GFRP>CFRP,反映出材料宏观冲击性能与表征其微观结构特征的黏弹性能的相关性.      

Two-dimensional Marangoni and buoyancy convection related to crystal growth techniques in space

The natural convection in the horizontal liquid layer driven both by surface tension gradient and buoyancy was investigated experimentally and theoretically.The fluid motion was visualized by mixing fine flakes of aluminum into the liquid. At the same time, the temperature field was visualized by the Mach-Zehnder interferometry and the local temperature gradient distributions were visualized by making use of the refraction of parallel incident light.The numerical analysis using the Galerkin method was also carried out which agreed well with the experimental results.It was found that the velocity and temperature fields of Marangoni convection were varied depending on the aspect ratio of the liquid layer and on the coupled buoyancy convection.     

高压高剪切率下密封环缝隙流体动态润滑特性

为减少高压高剪切率下热效应对密封环缝隙流体润滑性能的影响，以密封环缝隙流体剪切速度梯度、壁面剪切应力和油膜温升表征摩擦副润滑性能，采用RNG k-ε湍流模型，通过Workbench建立流-固-热多场模型，计算得到不同主轴转角下缝隙流动形态变化规律和温升前后油膜厚度变化量、不同L型槽内外径比及长径比下流速流型分布规律、壁面剪切应力、温度分布和热变形量。研究结果表明:密封环L型槽黏性底层随剪切速度增大而增厚，油膜厚度随运动周期增加而变薄；当L型槽内外径比小于1.07时，随比值减小密封环壁面剪切应力不断增大，最大变化率为7%；密封环L型槽长径比在0.19时平均壁面剪切应力达到最大，当长径比继续增大时，油膜区剪切速度梯度逐渐减小，油膜温升和热变形亦随之减小。研究结果可为马达优化以减少能量损失和改善密封环润滑条件提供理论指导和依据。      

不等径纤维混杂复合材料混杂原理

对碳化硅-碳(SiCF-CF)/环氧和硼-碳(BF-CF)/环氧2种不等径纤维混杂复合材料的混杂模型和机理进行了初步研究.建立了三角形和四边形阵列的混杂模型;分析了材料制备工艺对混杂阵列、纤维体积含量的影响.      

纤维增强熔模铸造复合型壳的性能及断口形貌

为提高熔模铸造硅溶胶型壳的强度性能,采用天然植物/硅酸铝双纤维来增强熔模铸造型壳.将质量比为1:1天然植物/硅酸铝双纤维加入到制壳用涂料中来制备型壳试样,对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温强度、不同温度焙烧后的抗弯强度及高温自重变形量的变化规律进行了研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌.结果表明,当纤维加入量从0.2%逐渐增加到1.0%时,其常温抗弯强度先增加后减小;纤维加入量为0.6%时其常温抗弯强度值达到2.94 MPa.高温自重变形量则先减小后增大.加入0.6%纤维的增强型壳试样经900℃焙烧后,其抗弯强度达4.04 MPa,与未采用纤维增强的型壳试样的抗弯强度接近.断口形貌观察结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致.     

复合材料开孔层压板压缩长期强度预测

Accelerated testing methodology (ATM) predicts long-term strength in low temperature with short-term in high temperature, which is based on the viscoelasticity of matrix and the time-temperature superposition principle (TTSP). The strain invariant failure theory (SIFT) was modified by using micro maximum strain criteria to judge fiber tensile and compressive failure. Master curve of storage modulus of epoxy resin and the time-temperature shift factors were tested from dynamic mechanical analysis(DMA). Master curves of SIFT critical parameters were constructed by tension and compression test for unidirectional carbon fiber reinforced plastics (CFRP) under various temperatures with the time-temperature shift factors of matrix resin. Long-term compression strength of open-hole composite laminates was predicted based on SIFT/ATM combined method. The damage process of fiber and matrix was simulated by progressive damage analysis as well. Good agreement between numerical results and experiments was observed, which demonstrates the applicability of this method.     

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

碳化硅颗粒增强铝基复合材料弹性常数测量

为研究粉末冶金制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)中SiCp含量对材料机械性能的影响,使用弹性波法测量了SiCp含量不同的标准试样的弹性常数矩阵.利用Christoffel方程建立了横观各向同性材料波速与弹性常数之间的关系,介绍了水浸斜入射法测量准横波和准纵波波速的基本原理和测量过程,基于上述原理进行了试验,计算出了被测试件的弹性常数.结果表明,SiCp/Al沿挤压方向的机械性能最高,并且随着SiCp含量的增加,弹性常数变大,材料的强度升高.     

基于热电类比法的光纤陀螺环模块热分析

为分析光纤陀螺（FOG,Fiber-Optic Gyroscope）受外界环境变化温度影响导致产生Shupe误差,采用热电类比法对不同结构形式的光纤环（FOR,Fiber Optical Ring）模块进行热分析,比较对应的电路模型,提出并联的热容和串联的电阻是影响FOG温度性能的关键因素.采用有限元热仿真定性分析了并联的热容和串联的电阻对FOG温度的影响,验证了电路模型的正确性;在与热仿真相同条件下,通过温箱实验,将FOR温度变化与FOG输出性能建立关联.结果表明,通过加大FOR模块连接处的串联热阻和并联热容,可有效降低FOR的瞬时温差,尤其是较大的热容能有效减小FOR温变速率,从而减小Shupe误差,改善FOG的温度性能.